Разработка автоматизированной системы управления электроснабжением КС "Ухтинская"

§     Операционная система: Microsoft Windows NT.

§     Дополнительное программное обеспечение: Hummingbird eXceed требуется в качестве Х-сервера для компьютера с базовой системой всякий раз, когда система включает в себя распределенный MMI. Hummingbird eXceed, инсталлированный на компьютере с базовой системой, делает более удобным процесс открытия окон системы MicroSCADA на рабочих станциях в сети LAN.

§     Аппаратное обеспечение: Персональный компьютер с процессором Intel Pentium-3 1200 МГц, объем ОЗУ - 128 MB, устройство звуковой аварийной сигнализации Flytech, плата Emulex DCP (только для базовых систем), жесткий диск Maxtor 541X емкостью 10GB. Монитор 17” Samsung 753S (1280x1024-65Гц), мышь, клавиатура, CD-ROM для установки программного обеспечения, дисковод 3.5”/1.44 MB, сетевая плата 3COM 980 TX PCI.

Аппаратная конфигурация компьютеров под АРМы и базовых компьютеров завышена, так как для нормальной работы системе MicroSCADA требуются компьютер на уровне 120 MГц Pentium процессора с объемом ОЗУ – 64 MB. Этот выбор связан с быстрым развитием компьютерных и программных средств и низкой стоимостью комплектующих. В процессе эксплуатации системы MicroSCADA возможны замены программного обеспечения на более новые версии требования к работе которых будут выше.

Нагрузка на автоматизированную систему при связи базовых компьютеров с устройствами нижнего уровня

Загрузка системы связями с процессом является существенным фактором, влияющим на характеристики системы. Время ответа обычно не зависит от количества определенных объектов. Более важным фактором является скорость поступления событий.

Скорость непрерывно поступающих событий должна быть сохранена на таком уровне, чтобы система могла принять и выдать на экран событие. Особое внимание должно быть уделено настройке зоны нечувствительности значений аналоговых измерений, так как слишком малые зоны нечувствительности приводит к высокой непрерывной загрузке системы.

При перегрузке характеристики системы временно снижаются до уровня, ниже нормального. Система имеет некоторое количество буферных очередей для управления перегрузками. Если перегрузка сохраняется так долго, что очереди системы начинают переполняться, то ядро системы MicroSCADA будет автоматически пытаться снизить скорость входящих данных из процесса, чтобы не потерять события.

Ядро системы MicroSCADA может управлять большим количеством обновлений значений в секунду. Однако, полное выполнение зависит от действий, привязанных к обновлению, таких как печать, регистрация предыстории и т.д. Обновление объекта без сопутствующих дополнительных действий вызывает минимальную загрузку системы. Обновление объекта с прямыми парными действиями, такими как активизация аварийного сигнала, регистрация предыстории, генерация событий для обновления MMI, очередность для исполнения канала событий и т.д., вызывает более сильную загрузку системы.

Действия, выполняемые в порядке очередности, такие как исполнение канала событий и генерация печати, выполняются как фоновые (с точки зрения связи с процессом) задачи и не влияют на характеристики связи с процессом до тех пор, пока очередь не заполнена. Однако, исполнение канала событий может требовать определенного количества времени, зависящего от того, какие SCIL-программы и т.д. выполняются. Функции управления критичностью по времени не должны быть встроены в каналы событий.

Синхронизация автоматизированной системы по времени

Синхронизация системы по времени означает, что внутренние часы компонент системы (базовых систем, устройств связи NET и автономных фронтендов) синхронизируются взаимно или внешним источником времени. Как правило, погрешность внутреннего системного времени зависит от качества распространения синхронизации внутри системы. Абсолютная погрешность системного времени зависит как от внутрисистемной погрешности времени, так и от погрешности источника времени. Внешним источником времени может быть, как правило, один из следующих:

§     GPS (Global Positioning System), обычно используются для навигации, базирующейся на спутнике

§     радио передатчики для синхронизации часов, такие как DCF 77 пр-ва Frankfurt, Germany

§     система верхнего уровня, например, система управления сетями

В разрабатываемой системе применяем в качестве внешнего источника времени систему GPS, так как является в настоящее время надежной и широко применяемой в промышленности для получения сигналов точного времени.

Приемник GPS 166 соединяются с системой MicroSCADA по последовательному порту с DCP-NET.

Структура программного обеспечения

Программное обеспечение (ПО) в системе MicroSCADA может быть разделено на следующие уровни: операционная система, ПО платформы и ПО приложения. Для базовой системы MicroSCADA уровни могут быть более точно описаны как операционная система, ядро системы MicroSCADA и приложения системы MicroSCADA. Операционная система вместе с ядром системы MicroSCADA формируют платформу для приложений.

Операционной системой в базовой системе MicroSCADA версии 8.4.1 является Windows NT.

Ядро системы MicroSCADA является программным обеспечением платформы, которое идентично для всех инсталляций одной и той же версии системы MicroSCADA. Оно не обладает свойствами, специфичными для заказчика или специфичными для области применения. Оно предоставляет всесторонний сервис для подготовки приложений, ориентированных под требования заказчика.

Ядром является программное обеспечение реального времени для нескольких процессов. Несколько приложений системы MicroSCADA могут одновременно работать в верхней части ядра. Ядро снабжает каждое приложение структурами баз данных, механизмами управления базой данных и функциями управления файлами. Система изображений и диалогов с соответствующими инструментами является базой пользовательского интерфейса приложения. Язык программирования SCIL является ключевым сервисом, который обеспечивается ядром. SCIL-программы могут работать в изображениях, диалогах и командных процедурах и могут активизироваться, например, оператором, событиями из процесса или циклическими сигналами времени. Ядро предлагает интерфейс для программирования приложения с целью получения функций в виде отдельных программ.

1.2 Разработка автоматизированной системы управления электроснабжением КС «Ухтинская»

1.2.1 Цель создания АСУ-ЭС

Целью разработки является создание интегрированной АСУ ТП, объединяющей в единое целое АСУ электрической и теплотехнической частей электростанции, подсистему электроснабжения объектов КС, чтобы обеспечить устойчивую работу электростанции, объектов электроснабжения КС "Ухтинская" и прилегающего энергорайона в нормальных, аварийных и после аварийных режимах.

Для достижения указанной цели АСУ ТП должна решить задачи:

§     обеспечения обмена информацией в реальном масштабе времени между уровнями и подсистемами АСУ ТП и системой управления КС "Ухтинская",

§     повышения надежности и экономичности работы оборудования за счет оптимизации технологических процессов, сокращения времени обнаружения неисправностей за счет диагностики и информации об отказах, уменьшения времени простоев оборудования после аварийных остановов и в ремонте,

§     улучшения условий и производительности труда эксплуатационного персонала за счет повышения информированности о ходе технологических процессов и работе оборудования, качества формирования и анализа оперативной и архивной документации,

§     обеспечения высокого уровня автоматизации контроля и управления технологическими процессами и защиты оборудования за счет высокой надежности АСУ ТП на базе микропроцессорной техники.

1.2.2 Краткая характеристика объектов автоматизации

Объектами управления и контроля АСУ ТП ЭСН являются следующие основные группы оборудования:

§     шесть функциональных групп оборудования локальных энергоблоков на базе газотурбогенератора ГТГ-1800 и трехфазных синхронных генераторов с выходным напряжением 10,5 кВ,

§     общестанционное оборудование технологических и инженерных систем ЭСН, система вентиляции производственных и административно-хозяйственных помещений, система заполнения маслобаков ГТГ, пожарная сигнализация, система контроля загазованности помещений, система коммерческого учета расхода газа,

§     ЗРУ-10кВ.

§     КТП-10/0.4 кВ ЭСН.

§     КТП-10/0.4 кВ ПЭБ.

§     КТП-10/0,4 кВ АВО газа.

§     КТП-10/0,4 кВ зоны СПК.

§     Аварийный дизель-генератор КТП ЭСН.

§     Аварийный дизель-генератор КТП ПЭБ.

§     Щит постоянного тока (ЩПТ).

АСУ ТП должна обеспечивать передачу на ДП КС "Ухтинская" сигналов аварийной и предупредительной сигнализации от объектов электроснабжения.

Вся аппаратура верхнего уровня должна располагаться в помещении ГЩУ электростанции (диспетчерская N3).

1.2.3 Основные функции АСУ-ЭС

1. Управление выключателями ЗРУ-10 кВ, за исключением выключателей, на которых производится синхронизация. Синхронизация выполнена на выключателях генераторов, секционном и вводных и управление ими осуществляется с панелей управления, расположенных на главном щите управления. Предусмотрены два вида синхронизации: точная ручная синхронизация с блокировкой от несинхронных включении и автоматическая синхронизация.

2. Управление главными выключателями 0,4 кВ (вводными, секционным, аварийного ввода). КТП ЭСН, КТП ПЭБ, КТП АВО газа, КТП зоны СПК, аварийными дизель-генераторами 0,4 кВ.

3. Отображение текущего состояния электрической части (мнемосхемы ЭСН, ЗРУ, КТП аварийных дизель-генераторов) с непрерывным указанием наиболее важных параметров.

4. Предупредительная и аварийная сигнализация.

5. Обработка информации, получаемой от цифровых защит Sepam 2000 по протоколу Modbus и блоков УСО.

6. Контроль ЩПТ, режима аккумуляторной батареи, состояния подзарядных агрегатов.

7. Коммерческий и технический учет электроэнергии.

8. Обработка и вывод на экран дисплея информации о событиях в текстовой (табличной) и графической формах.

9. Формирование базы данных, ведение суточной ведомости, сменной ведомости, ведомости событий, архива.

10. Связь с технологической АСУ. В технологическую АСУ предается информация о состоянии электрической части, о выработке и расходе электроэнергии.

11. Передача информации о выработке и расходе электроэнергии в энергоучетную организацию.

1.2.4 Разработка верхнего уровня АСУ-ЭС

На верхнем уровне АСУ предусмотрено пять рабочих мест:

§   рабочее место оператора (№ 1);

§   рабочее место ДИСа (№ 2);

§   рабочее место инженера-релейщика (№ 3);

§   рабочее место инженера-программиста (№ 4);

§   ДП КС (№ 5).

На рабочих местах № 1 – № 4 отображаются мнемосхема, предупредительная и аварийная сигнализации; лист событий и т.д.

На рабочем месте № 1 – возможно управление выключателями (за исключением главных), квитирование событии аварийной и предупредительной сигнализацией.

На рабочем месте № 3 – вывод осциллограмм для анализов работы, ввод и коррекция уставок защит, разбор аварий.

На рабочем месте № 4 – изменение конфигурации системы, анализ работоспособности и выявление неисправностей.

На рабочем месте № 5 – предупредительная и аварийная сигнализация.

На ГЩУ располагаются панели управления, на которых смонтированы: ключи управления, сигнализация выключателей; управление мощности генераторов; центральная сигнализация всего объекта. Панели управления предназначены для управления выключателями вводов, секционным и генераторными.

На панелях управления выключателями вводов и секционным располагаются: все ключи управления выключателями; переключатели синхронизации; кнопки ввода/вывода, делительной защиты; устройства сигнализации.

На панелях управления генераторами располагаются: ключи управления выключателями; управление возбуждением, активной к реактивной мощностью генераторов; переключатели синхронизации; измерительные приборы; устройства сигнализации.

На панели центральной сигнализации и синхронизации располагаются приборы центральной сигнализации всего объекта, колонка синхронизации и автосинхронизатор УТС-3, переключатели синхронизации, а также переключатели ввода рабочего и резервного питания оперативного тока этой панели.

1.2.5 Нижний уровень АСУ-ЭС

Нижний уровень АСУ состоит из:

1. Цифровых свободно программируемых блоков Sepam 2000;

2. Специальных блоков УСО.

Блоки Sepam 2000 осуществляют полный сбор, обработку и хранение информации по присоединению, а также по последовательному каналу связи передают информацию в АСУ. Через терминалы защит Sepam 2000 осуществляется также управление выключателями (кроме присоединений, на которых осуществляется синхронизация). Блоки УСО используются в качестве вспомогательных устройств и собирают информацию, которую не могут собрать блоки Sepam 2000. В КТП блоки УСО являются основными устройствами сбора данных, так как там нет цифровых защит. Блоки УСО предназначены для сбора дискретной и аналоговой информации, управления главными выключателями КТП-10/0,4 кВ, а также информации о положении заземляющих ножей и тележек выключателей.

Устройства УСО выполняются на базе контроллеров RTU-211 фирмы АББ и запитываются от ЩПТ 220 В. В качестве логического протокола связи УСО с АСУ используется стандартный протокол RP-570; у терминалов Sepam 2000 – протокол связи Modbus. Информация нижнего уровня АСУ от устройств УСО и терминалов защит поступает на сервер системы – базовый компьютер и заносится в его базу данных. Связь нижнего уровня АСУ с базовым компьютером осуществляется по оптическим каналам связи, которые позволяют устранить влияние электромагнитных полей на входы устройств нижнего и верхнего уровней. Преобразование электрических сигналов в оптические производятся посредством оптоэлектрических преобразователей SPA- ZC17.

Для технического учета электрической энергии используются вычисляемые в реле значения активной и реактивной мощности.

1.3 Разработка автоматизированной системы управления электроснабжением КС-10

1.3.1 Цель создания АСУ-ЭС

Целью разработки АСУ-ЭС является создание системы решающей следующие задачи:

§     обеспечение высокого уровня автоматизации контроля, управления и защиты электрооборудования за счет высокой надежности АСУ на базе микропроцессорной техники,

§     повышения надежности и экономичности работы оборудования за счет оптимизации технологических процессов, сокращения времени обнаружения неисправностей за счет диагностики и информации об отказах, уменьшения времени простоев оборудования после аварийных остановов и в ремонте,

§     улучшение условий и производительности труда эксплуатационного персонала за счет повышения информированности о ходе технологических процессов и работе оборудования, качества формирования и анализа оперативной и архивной документации,

§     обеспечение обмена информацией в реальном масштабе времени с более высоким уровнем АСУ-Э (связь с диспетчерской N1), через которую осуществляется связь с уровнем АСУ ТП.

Автоматизированная система управления электроснабжением КС-10 представлена на выносном чертеже 2.

Краткая характеристика объектов автоматизации

Объектами автоматизации являются:

§     центральная распределительная подстанция (ЦРП-10 кВ);

§     КТП-10/0,4 кВ цеха №1 (ТП-1), АДЭС АС-630;

§     КТП-10/0,4 кВ цеха №2 (ТП-2), АДЭС КАС-500;

§     КТП-10/0,4 кВ цеха №2 (ТП-3), АДЭС КАС-500;

§     КТП-10/0,4 кВ цеха №3 (ТП-6), АДЭС АС-630;

§     КТП-10/0,4 кВ цеха №4 (ТП-8), АДЭС АС-630;

§     КТП-10/0,4 кВ цеха №4 (ТП-9), АДЭС АС-630;

§     КТП-10/0,4 кВ АВО газа цеха №1 (ТП-14);

§     КТП-10/0,4 кВ АВО газа цеха №2 (ТП-15);

§     КТП-10/0,4 кВ АВО газа цеха №3 (ТП-4);

§     КТП-10/0,4 кВ АВО газа цеха №4 (ТП-10);

§     КТП-10/0,4 кВ ТНС-1 (ТП-11), АДЭС КАС-500;

§     КТП-10/0,4 кВ участка текущего ремонта (ТП-250);

§     КТП-10/0,4 кВ в районе насосной 2-го подъема (ТП-16).

1.3.2 Автоматизация ЦРП-10 кВ

В данном проекте предусматривается установка ячеек типа MCset в

здании ЦРП-10 кВ производства завода “Калининградгазавтоматика” и низковольтного электрооборудования системы собственных нужд (С.Н.) РУ-10 кВ.

Ячейка MCset представляет собой КРУ в металлическом корпусе, предназначенное для внутренней установки.

Устройство MCset объединяет в себе множество технических решений, реализованных на основе испытанных технологий: КРУ с высокими эксплуатационными характеристиками, цифровую защиту, системы контроля и управления, корпуса, устойчивые к воздействию внутренней дуги.

В ЦРП-10 кВ предусматривается установка ячеек MCset c блоками Sepam 2000. Блоки терминалов Sepam 2000 осуществляют защиту, контроль и управление соединений между подстанциями (вводы или отходящие линии, кабели, линии), а также связей между сборными шинами, осуществляют измерения, защиту, управление и контроль, необходимых для их нормальной эксплуатации.

Первоочередными задачами системы АСУ-Э являются сбор данных с объектов (КТП-10/0,4 кВ, ЦРП-10 кВ), передача данных на верхний уровень с целью их обработки и отображения на экранах мониторов АРМов. Быстродействие такой системы должно быть высокое, чтобы оператор смог отреагировать на ненормальные, аварийные ситуации и быстро принять решения по предотвращению аварий и инцидентов. В настоящее время применяемые в электрических системах средства РЗА, обладают возможностью включения их система сбора данных и диспетчерского управления (SCADA). Превосходно справляются с функцией противоаварийной защиты и функцией сбора данных микропроцессорный терминал защиты Sepam 2000.

Можно выделить следующие преимущества терминалов Sepam 2000:

§        отображение значений фазного тока и тока замыкания на землю в момент отключения обеспечивает эксплуатационному персоналу значительную помощь в определении причин и тяжести повреждения;

§        высокий уровень устойчивости к электромагнитным возмущениям (помехам) позволяет использовать наиболее передовые возможности цифровой технологии в электрических подстанциях без принятия специальных мер предосторожности;

§        в случае неисправности постоянно действующие средства самодиагностики переводят Sepam 2000 в заранее определенное нерабочее состояние, исключая, таким образом, возможность непредсказуемых срабатываний;

§        использование разъемов, допускающих независимое отключение под напряжением, облегчает эксплуатацию и техобслуживание;

§        устанавливаемая система связи обеспечивает возможность, посредством двухпроводного соединения с управляющим устройством, дистанционного выполнения операций настройки, измерений, сигнализации и управления, таким образом, можно создать систему централизованного управления;

§        проведение настройки и испытаний упрощено до предела: первичные значения силы тока и напряжения выводятся в цифровом виде, а простая проверка функции измерения подачей импульса позволяет гарантировать согласованность всех параметров;

§        Sepam разработано таким образом, чтобы полностью справляться с самыми разными случаями применения, и включает в себя все необходимые функции, готовые к работе (функции защиты, измерений, логики управления и сигнализации).

В систему АСУ-ЭС ячейкой MCset через блоки Sepam встраивается благодаря полевой шине SPAbus по протоколу связи Modbus. Кроме протокола Modbus блоки поддерживают протокол Modbus. Оператор получает все данные, необходимые для контроля и управления блоком Sepam через систему связи.

Сеть Modbus представляет собой сеть топологии «главный-подчиненный». Такая топология характеризуется наличием одного «главного» (ведущего) узла и некоторого количества «подчиненных» (ведомых) узлов, имеющих свой уникальный номер в этой сети Modbus (1-247 в Modbus). Каждая передача данных состоит из двух фаз – запрос и ответ. «Главный» узел имеет право послать запрос, «подчиненные» могут только ответить на запрос. Каждый запрос содержит адрес узла, к которому он направлен, соответственно на него отвечает только один из узлов – тот, чей адрес содержится в запросе. Таким образом, одновременно в сети может быть только один запрос, что дает возможность избавиться от «неопределенного состояния» физической линии передачи, когда несколько узлов пытаются одновременно передать данные.

На физическом и канальном уровне связь блоков Sepam 2000 с АСУ-ЭС осуществляется по SPA шине построенной на базе оптоэлектрических преобразователей типа SPA-ZC17 установленных в шкафах ЦРП и преобразователей SPA-ZC22 расположенных в шкафу сервера АСУ-ЭС. Блоки Sepam 2000 подключаются к SPA-ZC17 по интерфейсу RS-485. Преобразователи связаны в кольцо, как показано на рисунке 1.2.

Шина SPA разработанная фирмой АВВ «Чебоксары» поддерживает включение в кольцо до 30 устройств, но для повышения быстродействия всей системы АСУ-ЭС используется объединение по пять или шесть преобразователей. Таким образом, для обвязки 42-х шкафов потребуется 8 колец, как показано на выносном листе 2. Кабели ОР11 и ОР12 (Tx и Rx) из первой группы идут в оптическую распределительную коробку ОРТ2. Туда же приходят кабели Tx и Rx от других групп. В оптической коробке кабели соединяются с одним 24-ти жильным кабелем ОР118 типа ДПС-ММ-24 (рисунок 1.1). ОРТ2 расположена в шкафу N1 АСУ-ЭС.

Для получения информации, которую не могут собирать блоки Sepam 2000 используют контроллер RTU-211, распложенный в шкафу N1 АСУ-ЭС. В его функции входит сбор дискретной информации о положении тележек выключателей и заземляющих ножей в шкафах ЦРП, сбор данных о ШУОТ.

Питание шкафа N1 АСУ-ЭС, блоков Sepam 2000 и преобразователей SPA-ZC17 осуществляется от двух вводов ШУОТ 220 В. Из установленного в шкафу N1 АСУ-ЭС оборудования питание необходимо только контроллеру RTU-211, которое он получает от преобразователя PS1. В таблице 1.1 представлена нагрузка от средств автоматизации для ЦРП-10 кВ.

Таблице 1.1 – Нагрузка от средств автоматизации для ЦРП-10 кВ

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9