CC BY
99
УДК 006.91:620л)
ПОРЯДОК КАЛИБРОВКИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫ X КАНАЛОВ
М. Ю. Николаев. Е. В. Николаева. А. М. Еснмов. В. В. Леонов Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Аннотация - Эффективное функционирование информационно-измерительных систем невозможно без своевременно ироволн.чыл. ме1рило1 ическил. калибровок изчершельныл. каналов. Недииивернэиь информации, передаваемой некалнброваннымн каналами, приводит к неэффективному мониторингу и неправильным принятиям режнмньи решений. Обзор современных исследований в области калнорсвки нчмррите.ткныт каналои указывает на нетал члтельную пгглетонятелкгкую активность и данной области л подчеркивает ее актуальностью. Результатом исследования является порядок выполнения калибровки. отличительной особенностью которого является то. что он позволяет с сокращением времени выдавать отчеты о неопределенности передаваемой информации измерительными каналами. Преимущество практической реализация предлагаемого порядка калибровки заключается в том. что предлагается исключить ручной ввод стандартного порядка калибровки путем программного сопряжения автоматизированного рабочего места дежурного ннженеран ЭВМ для выдачи готовых протоколов калибровки по сои1вт1вшш11м шиерфейсам передачи длнныл. чю сдеаам ироиесс калибровки боле« быпры.ч и менее энергозатраты*!, исключит субъективную и аддитивную иеопределепности метрологического пер сонала.
Ключевые слова: информационно-измерительная система, измерительный канал, калибровка.
I. Введение
Метрологическое обеспечение ннфсрмацюнно-измеригельных сетей является важной задачей, обеспечивающей точность измерений, проверку надежности функционирования и передачи данных и энергии, управление н контроль над технологическими процессами. Калибровка - это операция: в ходе которой прн заданных условиях на первом этапе устанавливают соотношение между значениями величин с неопределенностями измерении которые обеепечпзают эталоны, и соответствующими показаниями с присущими им неопределенностями, а н; втором этапе на оснсве этой информации устанавливают соотношение, позволяющее получать результат измерения исходя из показания.
Обзор современных исследований в области калибровки измерительных каналов указызает на незначительную' исследовательскую ахтизность в данной области н подчеркивает ее актуальность. Исследователями рассматривается частично практическая плоскость с использованием эталонных сигналов [1]н зшоное распределения случайной величины ошибки [2]. нестабильность метрологнческЕХ характеристик измерительных приборов и преобразователен [3], что является полезным с теоретической точки зрения. На практике метрологам иредоставляося основная работа но ^«.шбр^ькг множества нзмершелаиых каьалов информацииани-нзмсрнгсльных систем за ограниченные промежутки времени. В день одной бригаде приходится калибровать до полусотни каналов. Целью данной работы является опттогзацш расчетов и последовательности действий по калибргткР! измерительны* каналов
П. Постановка задачи
Корректное и эффективное функционирование интеллекгуатьных сетей, как и любых информационно-измерительных систем, невозможно без своевременно проводимых метрологических поверок и калибровок измерительных каналов, каналов передачи данных, измерительных приоороз и аппаратов. Ь России поверочнат деятельность в отношении подпадающих под Государственный метрологический надзор средств измерения регламеншриваьа Федеральным закинем в многими другими иодзакинными актами. Тахим образом, в элешро-энсргстнчсскнх системах н комплексах калибровку информационно-измерительных каналов проводят силами аккредитованных метрологических служб энергетики. Выполнением зтнх. на вид простых. а ка самом деле гложних высокоточных задач зянимаетгя специальный ввтеококпалифттированкый персонал Например действующая методика калибровки однэго измерительногс канала состоит из десятка последовательных операций, каждая из которых требует от исполнителя высокой концентрации зннмання. мастерства и строгого выполнения требований техники безопасности (осуществляется строго по наряду-допуску).
Метрологическая служба должна иметь специальные эталонные поверенные приборы и калибровочные устройства, специальные соединительные провода-клеммы. В электроэнергетических системах, в частности, на
электрических станциях, перед выполнением измерительных операций требуется получение разрешенш от районного (регионального) диспетчерского управления, так как сигналы с инфэрмацнонно-нзмеригельных систем поступают на все уровни управления электроэнергетической системой.
Задачей данной работы является разработка порядка проведения калнброБкн измерительных каналов информационно-измерительных систем в строгом состветствии с аттестованной методикой проведения измерении и со значительным сокращением временных затрат за счет оптимизации выполняемых операций н применения специального программного обеспечение
ш.Теория
В условиях распределенных объектов электроэнергетики и (или) рынков электроэнергии и центров их управления требуется создание н внедрение новых условий н форм неднскрнминационного вовлечения объектов управления в процесс обеспечения надежной н экономичной работа энергообьеднненнй [2, 4]. Отличительные свойства конпепиин распределенной системы БтахКзаё. основанной на принципах функционального моделщовання. в сравнении с централизованной н децентрализованной системами управления:
• каждая ччгть аярргогистеиы (ятектричегкой сети) представляет гобой иррархичегкуто подсистему;
• расчет оптимального режима сети для кгждой подсистемы выполняется самостоятельно на компьютере, находящемся в пределах данной подсистемы;
• расчет оптимальных перетоков мощности между подсистемами выполняется компьютером верхнего уровня. решающим задачу оптимизации. имеющую размерность числа граничных переменных.
1А1А1/ МлМп I ,"7 ТИ- Л Ш11- КЬМп.^, ИИК№№ 18. 13+60.63.
ИИК №№ 1-17.34^42 ИИК №№ 19^33 .. ,, _0 01
(■4, по. Об, /л, N1
Рис. 1. Структурная схема АИИСКУЗ
Любая ннформацнонно-нзмернтгльная система, применяемая на электрических станциях, будь то автоматизированная система контроля и учета электроэнергии АИИСКУЭ. система телемеханики, связи СТМИС и регистрации аварийных событий РАС и другие, является иерархической структурой е состоит из множества кана-лое связи а передачи электрических сигналов н результатов измерений первичными органами. На рнс.1 в каче-С1ЯС примера иоказаь сосга* АИИСКУЭ, чю на иа.ш*шс множества инфор-дационно-и^мфИАСльныл
каналов и связей. При обрыве или неполной передач? сигнала измерительным каналом происходит искажение результата работы систем. Обязательным является н метрологическая поверка полноты и точности передачи сигнала и измерений во всем передающем диапазоне. Это также относится н к $шагтОис1 [5].
Калибровка измерительных каналов производится с помощью специальных регламентированных калибровочные устройств.
IV Результаты внегрееия л экспериментов Проведение поверочных и калибровочных мероприятий в информационно-измерительных системах электрических сетей н электрических сганцнйпроводится по каждому измерительному каналу (ПК) в составе: измерительный трансформатор напряжения (ТН). измерительный трансформатор тока (ТТ). линия связи (ЛС). измерительный преобразователь (ИП). контроллер. ЭВМ.
В табл. 1 покззан пример ввода данных калибровки. В табл. 2 показан пример проводимой калибровки измерительных каналов трех линии электропередачи н ее результаты.
Пределы измерения мощности: -114.30... 114.30 ММ7; напряжения 0.0... 137,5 кУ.
ТАБЛИЦА 1 ВВОД ДАННЫХ КАЛИБРОВКИ
№ нс- Значения входного сигнала Ход (пря- Показания Полученная Полученная в ре-
след В % диа- В едини- В едини- мой. 00- в результате зультате кално-
течкк лазона цах. ш- цах. 3.1СК- ратнык) катноровкн ровкн относитель-
аз мер. мер. па- трич. ао~о.поття ная чеопределен
раметра сигнала неопреде- ность измерении.
ленность %
измерений
Ланил1
тек 1а
1 48.570 1.030 2.060
1 5 50 А Э,25А 2 48.843 1,157 2,314
3 48.546 1,054 2,108
1 195.370 4.130 2,065
2 20 200 А 1А 2 197.300 2,700 1,350
3 198.342 1,658 0.829
1 398.740 1.260 0.315
3 40 400 А 2А 2 399.125 0.875 0,219
3 399.356 0.144 0.036
1 594.510 5.390 0.898
4 60 600 А ЗА 2 596.125 3,875 0.646
3 598.233 1,767 0.295
1 /9/.480 2,520 0,315
5 80 ЭОО А 4А 2 798.563 1.437 0.180
3 799.520 0.180 0.060
1 1000.350 0.350 0.035
6 100 1000 А 5А 2 999.352 0.148 0.015
3 1000 400 0.400 0.040
Может калиброваться также и электрический тракт (ЭТ) в составе: измерительный преобразователь (ИП;. коЕтрсллср. ЭВМ.
ТАБЛИЦА 2 ПРОТОКОЛ КАЛИБРОВКИ
1 ¡а 3 £ 0 —> - = 4> = = — ЕГ ¡1 ж се 1 Расчетная максимальная суммарная допустимая аб-сол ют пая н приведенная неопределенное™. ТГ 1 * * ¡¡§.& ПН 5 « И = 2 ? п 5 = с 2 « е- 1 2 - = ¿4 Н ¿> X 2 ° = с 1 = § и « 2 ж " 1 | О о о' о 1С о ° ^ я УО К £ £ п - = « к 3 ь я я £ г; | е-1 § Максимальная абсолютная и относительная нео предел ен-иостъ, полученная в результате калибровки И К в ВПИ Нормы неопределенности измерений, согласно СО 31.11.321 96
для оперативно! и контроля для ТЭП
1 2 3 4 5 5 7
Активная мощность линии 1, Р ± 4,74 М\У ± 2 07 % ± 1,23 М\\т ± 0 54 % ± 2.87 М^т ± 2.51 % ± 1.49 М\У ± 1.31 % ±1.8% =1,2%
Реактивная мощность линии 1, ± 4.80 Муаг ± 2,10 % ± 1.26 Муаг ± 0,55 % ± 2.87 Муаг ± 2,51 % ± 1,52 Муаг ± 1,33 % ±2.0% =1.6%
.Активная мощность линии 2, Р ± 2,70 ЪШ ± 1,18 % ± 1.63 М\У ± 0,71 % ± 2.87 шг ± 2,51 % ± 1.84 М\У ± 1.61 % ±1.8% ±1.2%
Реактивная мощность линии 2. 0 ± 2,70 Муаг ± 1,18 % ± 1.20 Муаг ± 0,53 % ± 2.87 Муаг ± 2,51 % ± 1.47 Муаг ± 1.29 % ±2.0% ±1.6%
.Активная мощность линии 3, Р ± 2,70 ЪШ ± 1,18 % ± 1.20 М\У ± 0,53 % ± 2.87 ШГ ± 2,51 % ± 1.47 М\У ± 1.29 % ±1 8% ±1.7%
Реактивная мощность линии 3, = 2,70 Муаг ± 1,18 % ± 1.28 Муаг ± 0.56 % = 2.87 Муаг ± 2,51 % = 1,-19 Муаг ± 1.31 % ±2.0% ±1.6%
Напряжение ПОкУ.и ± 0.91 кУ ± 0,66 % ± 0.77 кУ ± 0.56 % ± 1,26 кУ ± 0.91 % ± 1.08 кУ ± 0.79 % ±1.5% ±1.0%
Протводигься калноровка измерительных каналов СТМиС и РАС в следующем порядке в строгом соответствии с аттестованной методикой калибровки:
1. Заполняется и утверждается заявка на проведение калибровки измерительных каналов в районном диспетчерском управлении (РДУ).
2. По:ле подписания наряда-допуска или распоряжения на проведение работ в соответствующей электроустановке проводятся мероприятия по технике безопасности.
3. Проводится соединение и подключение задающей сигналы ЭВМ с калибратором
4. Производится подключение соединительных проводов калибратора переменного тока с необходимыми кот-актами клеммников распределительного устройства перед измерительным преобразователем и строгом соответствии со схемой подключении. соблюдением направления сигна.ла (полярности).
5. На задающей сигналы ЭВМ производится настройка специального программного обеспечения с выставлением всех диапазонов задающих величин:
5. Поочередно проводится передача диапазона каждой величины по калибруемому каналу связи;
7. Фиксируются все значения (вариации) во всем диапазоне каждой передаваемой величины на автоматизированном рабочем месте (АРМ) дежурного инженера электрической станции или подстанции в окне специализированного программного обеспечения. Получаемые вариации исследуемых параметров сразу заносятся в специализированное программное обеспечение, которое, благодаря оригинальному алгоритму, анализирует н выдает итоговый протокол о результатах поверки и калибровки за короткий временной промежуток. На этом этапе, анализируя протокол, можно перезапустить задающие параметры эталонных величин сигналов. Неоохо-
димо учитывать. что получаемые данные дублируются на других АРМ диспетчеров, географически находящихся на удаленны?: расстояниях
9. Производится отключенне соединительных проводов, разбирается калибровочная схема, проводятся мероприятие по закрытию наряда-допуска иди распоряжения.
V. Оь<_ Ули^НИй РЕЗУЛЬТАТОВ
Лгалнз получешдлх данных показывает. гто зпапешш расчетной макспматьпой суммарной допустимой аб солютнон и приведенной погрешностей могут выходить за пределы Еормы неопределенности измерении как следует из соответствующих значений для первой линии (рис. 2) по активной и реактивной мощности. Зачастую это бывает связано со следующими случайными факторами:
1. Неточность задания диапазона калибровки задающего программно-аппаратного устройства калибратора.
2.Погрешность персонала прн выполнении соединения.
3.Некорректное занесение данных в обрабатывающую программу.
4. Слабый контакт соединительных проводов з клеммном устройстве m-за слабой затяжки.
5. Слабый контакт соединительных проводов з выволюй контактной группе калибратора
Первые три фактора являются ошиоками персонала, послелше два связаны с конструктивные осоОенно-стямн клеммных контактов н групп. Для исключения двух последних факторов предлагается замена устаревших клеммных групп ячеек распределительных устройств на современную хорошо зарекомендовавшую себя продукцию известной фирмы Phoenix Contact - ктеммы с размыкателями для измерительных трансформаторов. Компактные клеммы обеспечивают простоту индивидуальной сборки комплектов измерительных преобразователей. которые надежно ооеспечнвают оезопасное разделение и соединение контактов, а также закорачивание токовых цепей. Особое внимание следует уделить целостности материалов соединительных проводников и наконечннкоз. наглядной, легко читаемой их маркировке фаз пс цвету.
Любое нарушение или ошибочное подключение может приьесшк срабатыванию защиты на выведение данной электроустановки из общей схемы, а в тяжелых случаях к выведению из энергетических систем целых энергетических блоков н отключению линий электропередачи, что приводит з итоге к отключению потребителей.
vi. вызолы и 'заключение
1. Рассмотренная методика метрологической поверки и калибровки РЖ и ЭТ позволяет в полном соответствии с нормативными и реглзмектирующнмн материалами выполнять с необходимой точностью и достоверностью полученных результатов регламентные периодические работы с измерительными каналами. Количество калибруемых измерительных каналов па эле:стр1гческпх станциях и крупных сетевых подстанциях может до стигать нескольких сотен, что делает данную методику актуальной и исполнимой в необходимом временном промежутке.
2. Оценка сокращения временных затрат на выдачу протокола калибровкн измерительного канала по предлагаемому порядку выполнение метода калне'ровки проведенной на основании отношения хронометража предлагаемым методом п хронометража общераспространенной методики, показала следующее: ра слет примепеиш специализированного авторского программного обеспечения и ЭВМ на объекте проведения калнброзки. прн работе с чешрмт присоединениями с восьмью измерительными каналами на каждом, сокращение времени составило сколо четырех рабочих часов Сокращение времени на калибровку едного измерительного канала составило порядка 7.5 минуты.
Исключение ручного ввода прсхлагасмого порядка калибровки путем программного сопряжения АРМ н 3R\T выдачи готовых протоколов калибровки пп соответствующим интерфейсам передачи данных делает процесс калибровки более быстрым и менее энерго*атратным. исключает субъективную н адднтизную неопределенности метрологического персонала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Korolev P. G., Utushkina А. V., Tsareva А V.. Kuzmina N. A.Research of the measuring channel witli automatic correction cata conversion// IEEENW Russia. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (FTConRr^MW) >016 DOT 10 110QFTf onRnsMW 7016 7448Л0
2. Makeechev V. A.. Soukhanov O. A.. Sharov Y. V. Hierarchical algorithms of functional modeling foi solution of optimal operation problems in electrical power systems // Int. J. Electric Power Energy Syst. 2008. Vol. 6
3. Berezhuoy D. A.r Kravtsova S. Ye., Malovik K. N.Estimation of the métrologie al performance instability for measuring channels ofresearch reactors U Sevastopol State University. 33 Universitetskaya Sir. 299053. Sevastopol. Russia Available online. 15 Much 2016. doi : 10.101 frj .micet. 2016.02.012
4. Суханов О. A; Шаров Ю. В. Иерархические модели в анализе н управлении режиыэыи электроэнергетических снстем.М.: МЭИ, 2007.312 с.
5. Filatov Yll V.. Korolev P. G.. Utushkina A. V.. Tsareva A. V.. Kuzmina N. A. Measuring channel with automatic correction data conversion''/ Young Researchers in Electrical anil Electronic Engineering Conference [ElCon-RusNW). IEEE NW Russia. 2016. DOI: 10.1109/EIConRusNW-2015.710225S
