Организация Дальневосточный государственный университет путей сообщения
Описание решения
Система работает следующим образом, к штатным измерительным обмоткам трансформаторов тока и напряжения подстанции подключены датчики измерительного комплекса, находящегося в щитовой подстанции. Здесь важно было учесть такие аспекты как: наличие гальванической развязки между первичными и измерительными цепями; индустриальное исполнение датчиков, пригодное к встраиванию в уже существующие цепи; возможность установки без выключения оборудования подстанции; высокая помехозащищенность от электромагнитных полей оборудования щитовой. Все датчики, находящиеся в аппаратном зале подстанции имеют выходной сигнал типа «токовая петля», что обеспечивает защищённость измерительной цепи от помех, создаваемых работой оборудования подстанции. Для измерения угла сдвига фаз токов и напряжений относительно друг друга, применены АЦП с одновременной оцифровкой каналов. Сбор данных производится непрерывно. Частота дискретизации составляет 100 кГц на канал. Такая большая частота обусловлена наличием высших гармоник в системе электроснабжения.
В качестве базовой аппаратной платформы объектового блока для тяговой подстанции была выбрана измерительная система CompactDAQ, производства National Instruments. Контроллер объектового блока выполняет опрос измерительных модулей NI 9215 (3 шт.) и NI 9205 (1 шт.), установленных в 8-слотовое шасси NI cDAQ-9178, выполняет процедуры алгоритмических проверок и оперативного анализа измеренных значений. С помощью системы отслеживается работа всех устройств подстанции. Ведется контроль нагрузок с регистрацией ненормативных отклонений.
Вся собираемая информация передается на сервер для обработки, после чего обработанные данные публикуются на специальном веб-сайте (рисунок 1). Для обеспечения конфиденциальности, предусмотрен механизм авторизации. На веб-сайте в режиме реального времени отображается работа подстанции. На мнемосхеме схематично изображены основные устройства и аппараты тяговой подстанции и режимы работы на данный момент, с указанием текущих значений измеряемых величин. Данные на этой странице обновляются с задержкой 30 секунд. Важным элементом работы системы, является полная её автоматизация. Это связано с круглосуточным и круглогодичным графиком работы. Все измеряемые параметры автоматически оцениваются по 100 бальной системе, и выделяются соответствующим цветом. Используя специально разработанное программное обеспечение, система рассчитывает гармонический состав, углы сдвигов фаз, иные показатели качества электроэнергии. Параметры качества электроэнергии рассчитываются автоматически, и заносятся в базу данных. Для реализации функций аварийного осциллографа предусмотрена возможность просмотра огибающей тока и напряжения.
Рисунок 3 – Фрагмент веб-сайта с текущими параметрами работы оборудования подстанции
Здесь же представлена статистическая информация. Выявленные внештатные режимы работы оборудования фиксируются и заносятся в базу данных. Также система совместима с устройствами телемеханики, применяемыми на ж.д. транспорте, такими как ЭСТ-62, ЛИСНА, МСТ-95, АСТМУ.
Рисунок 2 – Ток фидера контактной сети за сутки. На графике четко прослеживаются тяжеловесные поезда.
Анализируя накопленную информацию, становится возможным разработать расписание поездов со щадящими нагрузками на оборудование, а так же контролировать его исправность. Гибкость системы позволяет добавлять новые измерительные средства и синхронизировать их работу с уже существующими датчиками для реализации научных изысканий и внедрения передовых разработок на производстве.
Используемое оборудование и программное обеспечение NationalInstruments
Измерительная система CompactDAQ – NI cDAQ-9178, NI cDAQ-9173, NI cDAQ-9181
Модули С-серии – NI 9205, NI 9215, NI 9425
Среда Графического программирования – LabVIEW 2011, NI Application Builder.
Перспективы внедрения и развития решения
Система мониторинга тяговой подстанции была запущена в тестовом режиме весной 2010 года, а в 2012 году функциональные возможности системы был значительно расширенs за счет доработки программного обеспечения и добавления дополнительных измерительных каналов. Обновленная версия объектового блока была установлена на вторую тяговую подстанцию. В настоящее время система готова к тиражированию и установке на все тяговые подстанции опытного участка. Опыт эксплуатации объектовых блоков показывает высокую степень стабильности оборудования и приложений, разработанных в системе LabVIEW – программы и системы месяцами работают без вмешательства обслуживающего персонала и администраторов.
Автоматизированная система мониторинга позволяет в онлайновом режиме контролировать следующие параметры тяговой подстанции:
• напряжения плеч питания на шинах 27,5 кВ тяговых подстанций участка;
• токи фидеров контактной сети тяговых подстанций;
• токи вводов тяговых обмоток трансформаторов;
• напряжение гарантированного питания устройств СЦБ на шинах ВН и НН КРУН СЦБ;
• ток фидера воздушного отсоса цепи обратного тягового тока;
• напряжение на шинах гарантированного питания постов ЭЦ;
• токи вводов силовых трансформаторов на первичной стороне;
• напряжения на первичной стороне силовых трансформаторов;
• положение основных коммутационных аппаратов на подстанциях и постах секционирования;
• температура верхних слоев масла в силовом трансформаторе;
• температура окружающей среды.
Эксплуатация такой системы позволяет в автоматизированном режиме осуществлять сбор и первичный анализ данных о степени реализации паспортной мощности оборудования тяговых подстанций, оперативно получать информацию обо всех случаях сверхнормативных нагрузок и достоверно выявлять причины нештатных ситуаций. На основе анализа накапливаемой информации принимаются решения об изменении технологии работы участка железной дороги. Автоматизированная система мониторинга постоянно отслеживает параметры, характеризующие состояние инфраструктуры хозяйства электрификации и электроснабжения, и дает объективную информацию о состоянии объектов системы тягового электроснабжения участка Уссурийск – Находка при обращении тяжеловесных поездов.
Список литературы
- Оппенгейм А. Цифровая обработка сигналов : Пер. с англ. / А. Оппенгейм, Р. Шафер: Пер. с англ./ А. Оппенгейм, Р. Шафер. - 2-е изд., испр.. - М.: Техносфера, 2007. - 856 с.. - (Мир цифровой обработки)
- Золотарев В.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы: Справ./ В. В. Золотарев, Г. В. Овечкин. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 126 с.
- Душин В.К. Теоретические основы информационных процессов и систем: учеб. для вузов/ В. К. Душин. - 3-е изд.. - М.: Дашков и К, 2009. - 348 с.
