Автоматизированные системы управления технологическими процессами подстанций магистральных и распределительных сетей

В настоящее время в российской энергетике одной из важнейших задач является повышение экономической эффективности энергообъектов и всей энергосистемы в целом. Единственным решением этой задачи является внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами подстанций (АСУ ТП ПС) магистральных и распределительных сетей.

В 2006 году в Великих Луках, на базе ЗАО «Завод электротехнического оборудования» создано предприятие ООО «ЭНЕРГОКОНТРОЛЬ АВТОМАТИЗАЦИЯ», основное направление деятельности которого разработка, проектирование и внедрение систем релейной защиты и АСУ ТП ПС на базе компонентов является разработчиком и производителем. В настоящее время мы сотрудничаем с двумя подразделениями этой компании GE Multilin и GE Energy.

C нашей стороны, выбор в пользу сотрудничества с General Electric был сделан не случайно. Подразделения этой компании разрабатывают и производят практически весь спектр компонентов для построения современных систем релейной защиты и автоматики (РЗА) на все классы напряжений, систем АСУ ТП ПС, а также систем мониторинга, управления и диагностики высоковольтного трансформаторного оборудования.

По нашему мнению, комплектование подстанции системами, собранного из компонентов фактически одного производителя в нашем случае General Electric, имеет преимущества перед применением систем разных фирм. Например, будут исключены проблемы с интеграцией различных систем и подсистем в АСУ ТП ПС, что иногда имеет место из-за различий в протоколах обмена данными (иногда даже в протоколах одного типа). Эксплуатирующему персоналу будет проще осваивать и работать с техникой, имеющей одну техническую концепцию. Обучение персонала, консультации, гарантийное и сервисное обслуживание будет проводиться одной фирмой, специалисты которой будут иметь глубокие знания о работе и взаимодействии всех систем: защиты, управления и мониторинга.

GE Multilin является разработчиком и производителем микропроцессорных терминалов защит нескольких серий, но наиболее полнофункциональной является серия UR (Universal Relay универсальные реле), терминалы которой предназначены для построения систем РЗА объектов производства, передачи и распределения электроэнергии на напряжение от 110 до 750 кВ (нижеприведенный материал по терминалам защит подготовлен по материалам GE Multilin, Канада).

Терминалы серии UR это устройства, построенные на единой платформе. Конструктивно построены по модульному принципу (рисунок 1), что позволяет производить замену, или установку дополнительных модулей не разбирая реле и не демонтируя подключенных к нему проводов (если реле смонтировано в шкафу). На рисунке 2 показан внешний вид терминала серии UR.

Модули, из которых построены терминалы максимально унифицированы, могут устанавливаться в различные реле, что в эксплуатации позволяет экономить на комплекте ЗИП.

В функциях терминалов можно выделить четыре основные возможности

1. Защита и управление

Серия UR обладает самыми полными и усовершенствованными алгоритмами защиты на рынке, так как уникальные запатентованные алгоритмы защиты в терминалах этой серии обеспечивают не имеющей себе равных период безотказной работы системы и ее надежности. Для поддержки функций защиты и управления в терминалах имеются различные виды и формы входов/выходов. Предусмотрены также статические твердотельные реле с высокой коммутационной способностью, быстрым срабатыванием и временем возврата для выполнения задач прямого отключения.

2. Мониторинг и измерение

Терминалы обладают широкими возможностями мониторинга и измерения, в том числе и основными функциями цифрового аварийного регистратора. Измеряемые величины: синхронные векторы, векторы тока и напряжения, симметричные составляющие тока и напряжения, активная, реактивная и полная мощность, коэффициент мощности, энергия и частота, действующее среднеквадратическое значение тока за период. Терминалы также производят: осциллографирование, регистрацию событий, регистрацию данных, записи о КЗ, мониторинг цепей отключения.

Заложенная в терминалы серии UR непрерывная самодиагностика позволяет обеспечить высокую степень надежности системы защит.

3. Программирование

Терминалы поставляются с эффективными программными инструментами, что позволяет настроить функции защиты и управления в соответствии с требованиями заказчика. Использование гибкой логики FlexLogic™ значительно упрощает конфигурирование терминала, сводит к минимуму потребность в дополнительных промежуточных реле и проводных соединениях, и в то же время даже сложные схемы делает легкими для воплощения. Эту логику, определяющую взаимодействие входов, элементов и выходов, можно программировать в условиях эксплуатации, последовательно преобразовывая логические уравнения. Распределенная гибкая логика предоставляет возможность использовать входы/выходы удаленных устройств в дополнение к аппаратным, а через порты осуществлять связь с другими терминалами.

Определяемые пользователем защитные функции возможно выполнить на элементах FlexElement. Элемент гибкой логики можно запрограммировать таким образом, чтобы он реагировал на: любое измеряемое терминалом значение, любой сигнал или разность любых двух сигналов, величину или скорость изменения входного сигнала, например повышение напряжения обратной последовательности, низкий коэффициент мощности, разница температур и другие. Использование FlexElement позволяет наилучшим образом запрограммировать терминал в соответствии с требованиями.

В терминалах серии UR заложены стандартные кривые МТЗ с выдержкой времени (формы кривых IEEE, МЭК, GE тип IAN, и I2t). Для тех случаев когда необходимы другие кривые, пользователь, при помощи средств FlexCurves™ может получить желаемую характеристику срабатывания.

4. Каналы связи

Терминалы серии UR предоставляют широкий выбор каналов связи и протоколов, поддерживающих новые и существующие инфраструктуры связи. Возможности выбора передачи данных по сети включают оптоволокно Ethernet c возможностью резервирования, порты RS422, RS485, интерфейсы G.703 и C37.94.

Терминалы поддерживают протоколы связи МЭК 61850, UCA 2.0, DNP 3.0, Modbus, МЭК 60870-5-104 и протокол EGD (Ethernet Global Data). Эти протоколы обеспечивают легкое встраивание в систему автоматизации, они интегрированы в терминал, что исключает возможность применения внешних конверторов протоколов.

Терминалы серии UR обладают свойством передачи данных с прямых входов/выходов, которое обеспечивает обмен двоичными данными между несколькими терминалами по выделенному оптоволокну через порт RS422 или интерфейс G.703.

Используя оптоволоконные соединения и свойства прямых входов/выходов можно без дополнительного коммутационного оборудования присоединять к сети устройства UR, расположенные на расстоянии до 100 км.

GE Energy является разработчиком и производителем компонентов и программного обеспечения для построения систем АСУ ТП для энергообъектов, а также систем мониторинга, управления и диагностики высоковольтного трансформаторного оборудования FARADAY™tMEDIC, Intellix® и HYDRAN® (нижеприведенный материал подготовлен на основании справочных публикаций GE Energy, Канада).

Интегрированная система управления подстанцией iSCS, разработанная компанией General Electric, строится как распределенная и территориально рассредоточенная трехуровневая система, базирующаяся на дублированной локальной вычислительной сети, на основе оптоволокна и витой пары.

К нижнему уровню относятся устройства, которые непосредственно связаны с объектами контроля и управления. С их помощью обеспечивается сбор информации и выдача команд управления. В качестве таких устройств применяются микропроцессорные контроллеры D25 (рисунок 3).

Также к устройствам нижнего уровня относятся: система РЗА, tMEDIC и другие системы, например технологическое видеонаблюдение.

Устройства нижнего уровня обеспечивают

• сбор и первичную обработку аналоговой и дискретной информации;
• осциллографирование токов и напряжений;
• выдачу команд управления;
• технический контроль электроэнергии;
• присвоение метки времени;
• самодиагностику.

Средний уровень образуют средства локальной вычислительной сети, объединяющие рабочие станции системы, а также дублированное центральное вычислительное устройство системы на базе высокопроизводительного контроллера D200 (рисунок 4), предназначенное для дополнительной обработки информации, поступающей от устройств нижнего уровня и интегрированный подсистем. Система как правило строится так, что два устройства D200 работают в режиме «горячего» взаимного резервирования.

Устройства среднего уровня обеспечивают

• передачу информации на устройства верхнего уровня с дополнительной обработкой;
• передачу команд управления от устройств верхнего уровня на устройства нижнего уровня;
• синхронизацию компонентов системы.

Верхний уровень образуют два взаимно резервированных высокопроизводительных сервера, а также локальные автоматизированные рабочие места.

Устройства верхнего уровня обеспечивают

• интерфейс оператора и инженеров подстанции;
• ведение архивов;
• формирование отчетов;
• анализ осциллограмм;
• удаленный доступ;
• обмен информацией с диспетчерским пунктом.

Структурная схема АСУ ТП подстанции приведена на рисунке 5.

Системы мониторинга, управления и диагностики высоковольтного трансформаторного оборудования представлены подразделением GE Energy тремя торговыми марками: HYDRAN®, Intellix®, FARADAY™tMEDIC.

Датчики системы HYDRAN® (рисунок 6) представляют собой экономичное, но мощное устройство мониторинга трансформаторов.

Они обеспечивают в режиме реального времени измерение влаги и газов-индикаторов в трансформаторном масле. Опционально, в комплексе с внешними датчиками и математическими моделями трансформатора могут обеспечить мониторинг любого маслонаполненного электрооборудования с целью обнаружения зарождающихся повреждений.

Система мониторинга Intellix MO150 (рисунок 7) включает все необходимое для решения большинства преобладающих видов отказа оборудования: встроенную систему датчиков, модели для выполнения анализа и средства обработки данных. Она отличается большим количеством контролируемых параметров и большим количеством моделей диагностики. Например, используется модель износа изоляции, вычисляющая показатель износа в соответствии с указаниями IEEE или IEC, модель эффективности охлаждения, выполняющая мониторинг реальной эффективности системы охлаждения и другие.

Система мониторинга трансформаторов FARADAY™tMEDIC наиболее полная и развитая система управления и диагностики трансформаторного оборудования. Эта система осуществляет комплексный мониторинг и интерактивную диагностику состояния при помощи набора датчиков, включая HYDRAN®, а также обладает возможностью интегрироваться в системы автоматизации подстанций и обеспечивать связь с другими интеллектуальными электронными устройствами. Пакет FARADAY™ tMEDIC™ способен выполнять мониторинг и онлайновую диагностику, позволяя обнаруживать большую часть самых распространенных аварийных ситуаций это помимо таких мгновенных катастрофических явлений, как удар молнии. В большинстве случаев обнаружение происходит еще до того, как агрегат подвергнется катастрофическому отказу; тем самым исключается дорогостоящая замена, затраты на ликвидацию последствий аварии и внеплановый останов. Раннее обнаружение потенциальных проблем с трансформатором является жизненно важным для продления срока службы ключевых трансформаторов, принося значительные деловые и эксплуатационные преимущества.

ООО «ЭНЕРГОКОНТРОЛЬ АВТОМАТИЗАЦИЯ» имеет возможность работы с каждым из описанных видов оборудования. На нашем предприятии предусмотрено обучения эксплуатационного персонала не только после монтажа на объекте, но и нашими специалистами на специальных учебных комплектах защит, размещенных в цехе.

Таким образом, современные средства релейной защиты GE Multilin, и средства мониторинга и автоматизации GE Energy, разработанные специально для применения в электроэнергетике, позволяют построить безопасную, надежную и экономически эффективную систему автоматизации практически для любого энергообъекта.

М. Ю. ФОМИН,
начальник отдела маркетинга
ЗАО «ЗЭТО».