CC BY
49
36 ^^ Энергобезопасность и энергосбережение ДИАГНОСТИКА И НАДЕЖНОСТЬ ЭНЕРГООБОРУДОВАНИЯ
УДК 681. 335
Комплексный подход к организации эффективной информационно-измерительной системы центра управления сетей на примере филиала ОАО «МРСК Центра» — «Тамбовэнерго»
С. И. Чичёв,
кандидат технических наук,
филиал ОАО «МРСК Центра» - «Тамбовэнерго», г. Тамбов Е. И. Глинкин,
доктор технических наук,
Тамбовский государственный технический университет
Рассмотрена проблема организации на современном этапе эффективной информационно-измерительной системы центра управления сетей в региональной сетевой компании.
Ключевые слова: контроль, оперативно-технологическое управление, системы автоматизации.
Современный этап развития электроэнергетики России обусловил необходимость обеспечения прозрачной среды и сквозной наблюдаемости функционирования электросетевых комплексов филиалов ОАО «Межрегиональная сетевая компания (МРСК) Центра» на основе вновь создаваемых центров управления сетей (ЦУС) в пространстве их единых информационно-измерительных систем.
Концепция информационно-измерительных систем в энергетике была сформулирована в начале 70-х годов прошлого столетия, и в основу положена системная организация совместной автоматической работы средств сбора, обработки и передачи количественной информации. Дальнейшее системное развитие целостной информационно-измерительной системы связано с развитием вычислительной техники, стандартных интерфейсов и обеспечением в энергосистемах централизованного, а затем иерархического управления.
Проводимая в настоящее время реформа электроэнергетики невозможна без сохранения вертикали оперативно-технологического управления по иерархическому принципу и классу напряжения электросетевого комплекса.
Поэтому на современном этапе информационно-измерительная система центров управления сетей региональных сетевых компаний должна представлять собой иерархически построенную диалоговую систему, обеспечивающую в режиме реального времени автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой оперативно-технологическому персоналу для принятия решений по эффективному контролю и управлению связанных электрической сетью подстанций 35 и 110 кВ.
«Положение о технической политике в распределительном электросетевом комплексе» ОАО «ФСК ЕЭС» [1]
определяет техническую политику ОАО «МРСК Центра» [2], направленную на техническое перевооружение и внедрение новых технологий в электросетевом комплексе 110 кВ и ниже региональных сетевых компаний до конца 2015 г. с перспективой до 2020 г. и корректировкой 1 раз в два года.
В силу этого, всё большее число филиалов ОАО «МРСК Центра» оснащает подстанции современными микропроцессорными устройствами телемеханики, релейной защиты и автоматики (РЗА) и счётчиками электроэнергии. Однако существование фактически трёх разных подсистем в рамках одной подстанции приводит к тому, что происходит многократно ввод одной и той же информации, что противоречит одному из главных принципов вновь создаваемых полномасштабных автоматизированных систем оперативно-технологического управления (АСОТУ) региональных сетевых компаний - однократный ввод и многократное использование информации.
Вместе с этим сложность эксплуатации и согласования различных в принципах работы устройств и систем по контролю и управлению сетевыми комплексами неизбежно приводит к снижению эффективности технологического процесса распределения и потребления электроэнергии в каждой региональной сетевой компании.
Структурно и функционально задачи оперативно-технологического управления электросетевым комплексом 110 кВ и ниже в региональной сетевой компании в наибольшей степени подготовлены к постановке на ЭВМ, но имеют много специфических черт, связанных с особенностями электроэнергетики. Например, совпадение во времени производства и потребления электроэнергии; невозможность её складирования; взаимосвязь режимов большого количества работаю-
ВеВИШВИИ
Диагностика и надежность энергооборудования
37 =
щих подстанций, размещённых на большой территории и связанных линиями электропередач, и др.
Это не позволяет объединить в единую информационно-измерительную систему центра управления сетей различные подсистемы контроля и управления, функционирование которых обеспечивается сетями связи региональной сетевой компании, формируемыми на данном этапе как составная часть Единой технологической сети связи электроэнергетики в рамках ОАО «МРСК Центра».
Поэтому в настоящее время для каждого филиала ОАО «МРСК Центра» актуальна проблема организации единой информационно-измерительной системы, способной в режиме реального времени эффективно решать задачи как верхнего регионального уровня оперативно-технологического управления электросетевым комплексом 35 и 110 кВ, так и нижнего уровня управления технологическими процессами на подстанциях данного класса напряжений.
Возможные подходы к решению проблемы
Анализ технической политики, проведённый авторами в области развития и устойчивого функционирования электросетевого комплекса филиала ОАО «МРСК Центра» - «Тамбовэнерго» [3], показал на необходимость создания согласованной в едином адресном пространстве структуры информационно-измерительной системы с единым центром управления сетей региональной сетевой компании.
В то же время постоянный контроль центром управления сетей технологического процесса в распределительном электросетевом комплексе требовал построения телеинформационной сети региональной сетевой компании. Анализ информации по пути её развития показал возможность организации структуры телеинформационной сети на основе волоконно-оптических линий связи с подвесом кабеля на опорах ВЛ 110 и 35 кВ в направлениях от центра управления сетей РСК до диспетчерских пунктов районов электрических сетей (ДП РЭС) по комбинированному и радиально-узловому принципу телеинформационных передач.
В таком случае общая структура информационно-измерительной системы должна представлять собой модель двухуровневой автоматизированной системы оперативно-технологического управления верхнего уровня центра управления сетей РСК и нижнего уровня базовых диспетчерских пунктов РЭС (каждая своего функционального назначения), создаваемых на основе центральных приёмо-передающих станций, операционно-информационных комплексов и средств отображения информации - диспетчерские щиты, объединённые локальной вычислительной сетью.
В настоящее время особую роль в автоматизированной системе оперативно-технологического управления нижнего уровня региональной сетевой компании приобретает система контроля и управления электротехническим оборудованием подстанций [3], объединяющая по промышленной сети, например Ethernet, подсистемы контроля и учёта электроэнергии, технологических процессов автоматизированных систем управления и системы сбора данных.
Автоматизированная система контроля и учёта электроэнергии должна выполнять свои задачи на трёх уровнях:
- на первом уровне измерительно-информационный комплекс, организованный на основе электронных счётчиков, рассредоточенных по точкам измерений, выполняет функцию измерений и передачи данных на второй уровень;
- на втором уровне информационно-вычислительный комплекс электроустановки (ИВКЭ) на основе микропроцессорных устройств сбора и передачи данных обеспечивает функцию консолидации, сбора, обработки и передачи данных на следующий третий уровень;
- на третьем уровне информационно-вычислительный комплекс на базе персональных компьютеров с соответствующим программным обеспечением производит обработку и предоставление данных пользователям центра сбора и обработки информации, в данном случае центра управления сетей.
Автоматизированная система управления технологическими процессами на базе микропроцессорных терминалов должна обеспечивать функции релейной защиты и автоматики и регистрации аварийных событий.
Система сбора данных на базе микропроцессорных устройств сбора данных с функциями телеуправления, сигнализации и измерений должна осуществлять управление и контроль состояния оборудования в режиме реального времени.
Система сбора данных необходима также для выполнения функций мониторинга электрооборудования подстанций с помощью подсистемы диагностики и информационной базы обеспечения силовых трансформаторов СТ-110 кВ в виде четырехэтапного исследования - лабораторного, тестового, аналитического и ревизии.
С целью разработки проекта двухуровневой автоматизированной системы оперативно-технологического управления в филиале ОАО «МРСК Центра» -«Тамбовэнерго» и выбора средств автоматизированных систем управления, используемых в электроэнергетике, авторами проведён всесторонний анализ их структур, например [3]: с жёсткой структурой -ТМ-800, «Гранит»; интеллектуальной - «Аист», «Компас», «Smart»; и локальным интеллектом -«Систел».
Сравнительный анализ данных систем управления позволил для решения задачи организации автоматизированной системы оперативно-технологического управления верхнего уровня центра управления сетей РСК выбрать наиболее рациональное техническое решение с гибкой структурой и открытой модульной архитектурой отечественную автоматизированную систему телемеханики «Систел».
Вместе с тем, задача выбора программно-технических средств для АСОТУ нижнего уровня подстанций РЭС представлялась во многом неопределенной из-за отсутствия объективного критерия качества и нормированной меры оценки.
Поэтому авторами предложена структурная оптимизация автоматизированной системы управления
= 38
Энергобезопасность и энергосбережение
нижнего уровня подстанций РЭС методом мультипликативного критерия Q, позволяющего провести качественное сравнение и выбор системы, используя условную стоимость одного сигнала ввода-вывода телесигнализации и управления, измерений интегральных и текущих значений её микропроцессорного устройства, так называемого контролируемого пункта (подстанции).
Разработанный метод даёт возможность по оптимальному соотношению цены и качества выбрать программно-технические средства, в данном случае отечественной систему «Систел», реализующую на основе микроОИК и КП систему сбора данных SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) с подстанций на диспетчерский пункт РЭС.
Открытая архитектура системы «Систел» позволила произвести распределённый выбор подсистем, серверов и обеспечивающей части информационно-измерительной системы, а также произвести эргономичный расчёт диспетчерского щита верхнего уровня центра управления сетей на основе видеопроекционных кубов с отображением состояния оборудования электрической сети РСК в системе обеспечения единого времени по ситуационно-динамической технологии, включающей три уровня: структурный, объектный и детально-информационный.
Так как первоначальная структура каналов связи для каждого базового РЭС и в общем РСК «Тамбовэнерго» не являлась рациональной и требовала решения задачи структурной оптимизации, то предложена организация телеинформационной сети на основе волоконно-оптической линии по каналам связи, образованным воздушными линиями электропередач 35 и 110 кВ. Для оптимизации структуры каналов связи в качестве критерия выбрана исходная длина радиальных линий связи по ВЛ 35 и 110 кВ как основная переменная, пропорциональная экономическим потерям.
Поставленная задача оптимизации структуры телеинформационной сети РСК решена предложенным методом постепенной замены радиальных линий связи исходных структур базовых РЭС по разработанному алгоритму в соответствии с экономическим критерием полных потерь [3].
По результатам расчёта исходных структур каналов связи базовых РЭС проведена структурная оптимизация и синтезирована комбинированная телеинформационная сеть РСК «Тамбовэнерго», состоящая из пяти кустовых с резервированием структур базовых РЭС с рациональной длиной электро- и телеинформационных передач и 205 подстанций класса напряжения 35 и 110 кВ. Расчётная экономия длины волоконно-оптической линии связи составила 34 %.
Для нижнего уровня базовых РЭС предложена система контроля и управления электротехническим оборудованием подстанций 35 и 110 кВ.
Как указывалось выше, данная система организована на основе подсистем автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии, автоматизированной системы управления технологическими процессами и системы сбора данных, построенных по модульному принципу на базе отечественных микропроцессорных средств, соответственно: устройств
сбора и передачи данных, блоков микропроцессорных релейных защит и устройств сбора данных.
Применение устройств сбора и передачи данных позволяет унифицировать структурные схемы проектируемых подстанций и возможность построения пространственно распределённой многоуровневой системы автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии в РСК. Для улучшения метрологических характеристик и показателей надёжности в АСКУЭ предложено применение нового поколения первичных волоконно-оптических токовых преобразователей, называемых оптической измерительной единицей.
Выбор промышленных терминалов блоков микропроцессорных релейных защит обоснован соответствием алгоритма функционирования и интерфейсных внешних подключений отечественным системам релейной защиты и автоматики, находящимся в эксплуатации РСК «Тамбовэнерго».
Выбор технологических контроллеров устройств сбора данных позволяет интегрировать терминалы блоков микропроцессорных релейных защит в устройства системы сбора данных и контролировать большее количество дискретных и аналоговых сигналов в стационарной системе мониторинга силовых трансформаторов и технологического оборудования подстанций 35 и 110 кВ.
Для решения задачи повышения надёжности в системе контроля и управления электрооборудованием сети 110 кВ авторами совместно с кафедрами «Электроснабжение и автоматизация» и «Биомедицинская техника» Тамбовского государственного технического университета (ТГТУ) разработано «Устройство для контроля состояния изоляции силовых трансформаторов».
Предлагаемое решение за счёт автоматизации и телеметрического анализа силового оборудования повышает эффективность эксплуатации электросетевого комплекса и снижает себестоимость контроля состояния силовых трансформаторов 110 кВ, осуществляемого без их отключения, т. е. под рабочим напряжением.
Для повышения энергетической эффективности технологического оборудования авторами совместно с кафедрой «Биомедицинская техника» ТГТУ предложен «Способ отображения диагностической информации».
Сущность предлагаемого способа отображения диагностической информации заключается в представлении данной информации на средствах электронно-вычислительной техники, осуществлении одновременной обработки и отображении всей диагностической информации или необходимой её части в виде когнитивной кодовой матрицы состояний {Ф}=^*А} исследуемого объекта, формируемой по данным этой информации.
Для повышения энергетической эффективности технологического оборудования с минимумом затрат энергии когнитивный графический образ кодовой матрицы формируют в адресном пространстве постоянного запоминающего устройства в виде образов эквивалентов множества состояний оптимального управле-
ВеВИШВИИ
Диагностика и надежность энергооборудования
39 =
ния, которые находят априори из полного анализа процессов динамики оптимального управления объектом, описываемого моделью апериодического звена. Это позволяет исключить процедуру анализа оптимального управления при проведении эксперимента в реальном масштабе времени, тем самым значительно упростив работу оператора.
Используемый способ отображения диагностической информации позволяет значительно упростить требования к системе управления динамическими режимами технологического оборудования за счет того, что сложная процедура анализа оптимального управления производится априори, в результате чего когнитивный графический образ кодовой матрицы записывается в постоянное запоминающее устройство и не требуется его определение в процессе управления.
Реализация предлагаемого способа осуществлена на базе микропроцессорного контроллера ZILA и построенного на базе экспертной системы энергосберегающего управления автоматизированного рабочего места разработчика систем энергосберегающего управления. На стадии отладки микропроцессорный контроллер функционирует совместно с персональным компьютером, а в рабочем режиме -автономно. Информация о координатах точки в пространстве синтезирующих переменных и выбранном в соответствии с этим видом управления выводится на встроенный экран микропроцессорного контроллера или монитор оператора автоматизированного рабочего места.
Предлагаемый способ в отличие от известных решений экономит электроэнергию от 5 до 40 % и позволяет вследствие пониженных требований к быстродействию системы и конфигурации микросхемотехники снизить затраты на аппаратное обеспечение системы контроля и управления.
В целях улучшения качественного анализа трансформаторного масла для контроля и диагностики мас-лонаполненного оборудования авторами совместно с кафедрой «Биомедицинская техника» ТГТУ предложен «Способ и устройство определения влажности диэлектрика по импульсной динамической характеристике» [4], на который имеется Патент РФ.
Предлагаемый способ и устройство позволяют устранить неопределенность измерений тока и влажности образца за счёт исключения методической погрешности, учитывая нелинейность импульсной динамической характеристики, что в итоге повышает точность измерения предельного тока и метрологическую эффективность определения влажности диэлектрика (трансформаторного масла).
Таким образом, вышеуказанный комплексный подход позволил определить рациональный путь выбора аппаратных и микропроцессорных средств, программного и информационного обеспечения, а также компоновку структуры сети передачи информации на структурном, функциональном и иерархическом уровнях для организации эффективной информационно-измерительной системы центра управления сетей филиала ОАО «МРСК Центра» - «Тамбовэнерго».
Литература
1. Положение о технической политике в распределительном электросетевом комплексе, утвержденное распоряжением РАО «ЕЭС России» и ОАО «ФСК ЕЭС» № 270р/293р от 25.10.2006.
2. Техническая политика ОАО «МРСК Центра» [Текст]: приложение к ПР-15-ЦА от 27.01.2010 г.
3. Чичёв С. И., Калинин В. Ф., Глинкин Е. И. Информационно-измерительная система центра управления электрических сетей. - М.: Машиностроение, 2009. - 176 с.
4. Патент № 2375704 РФ «Способ и устройство определения влажности диэлектрика по импульсной динамической характеристике». И. А. Жданова, С. И. Чичёв, Е. И. Глинкин и др., G 0Ш 27/04. 2009, бюл. № 34.
Complex approach to organizations efficient information-measuring system of the centre of governing the networks
on example of the branch JSC «MRSK Centr» - «Tambovenergo»
S. I. Chichyov,
Ph. D., branch JSC «MRSK Centre» - «Tambovenergo», Tambov
E. I. Glinkin,
D. T. S., Tambov state technical university
The considered problem to organizations on modern stage efficient information-measuring system of the centre of the governing the networks in regional network company.
Keywords: checking, operative-technological management, systems to automations.
HESEB ^^^
