Разработка автоматизированной системы управления электроснабжением КС "Ухтинская"

В таблице 1.2, 1.3 представлены перечни элементов обозначенных на рисунке 1.1 и 1.2.

Таблица 1.2 – Перечень элементов расположенных в шкафу N1 АСУ-ЭС

Таблица 1.3 – Перечень элементов связи группы блоков Sepam 2000 с АСУ-ЭС

1.3.3 Автоматизация КТП-10/0,4 кВ

Электроснабжение трансформаторных подстанций расположенных на площадке КС-10 осуществляется от ЦРП-10 кВ по радиальной схеме. Из 13-ти ТП 6 являются подстанциями типа КТПСН разработанные Минским электротехническим заводом. В дипломном проекте рассмотрен вариант связи всех 13-ти подстанций с автоматизированной системой и подобно рассмотрен вариант автоматизации КТПСН.

Автоматизация ТП, автоматика которых осуществляется на базе электромагнитных реле, производится с помощью установки в них специальных устройств сопряжения с объектами (УСО). В качестве УСО применяется контроллер RTU-211 производства фирмы АББ «Чебоксары». Контроллер устанавливается в каждом КТП в специальном шкафу. Например, для ТП-1 это шкаф называется «Шкаф N12 АСУ-ЭС». Основные задачи контроллера – это сбор информации с ТП (измерения, аварийная и предупредительная сигнализация), управление выключателями. Связь трансформаторных подстанций с АСУ-ЭС осуществляется по оптической шине SPA. Для экономии прокладываемого оптоволоконного кабеля подстанции связаны в кольцо. Две группы по четыре ТП и одна с пятью ТП (выносной чертеж 2). Выбор групп подстанций осуществлялся на основе их взаимного расположения на площадке компрессорной станции. Таким образом, четыре ТП связаны в кольцо одножильным кабелем, а в оной из подстанций установлена оптическая распределительная коробка, в которую приходят два кабеля (Tx, Rx), а уходит один двужильный дуплексный кабель. Далее этот кабель идет в «Шкаф сервера АСУ-ЭС», где расположен компьютер связи.

На рисунке 1.3 показана обвязка четырех подстанций (ТП-8, ТП-9, ТП-10, ТП-11). Шина SPA построена на базе оптоэлектрических преобразователей типа SPA-ZC17 установленных в шкафах в ТП и преобразователей SPA-ZC22 расположенных в шкафу сервера АСУ-ЭС. Связь контроллера RTU-211 с преобразователем SPA-ZC17 осуществляется через адаптер последовательного порта 23RS61. Монтажная плата адаптера размещена в пластмассовом корпусе и имеет следующие части:

§     три контакта 10-штырькового ленточного кабеля;

§     9-ти штырьковый D-контакт (входной);

§     компоненты защиты от электромагнитных помех;

§     блок из 10 винтовых клемм (Х5).

Адаптер 23RS61 подключается к последовательному порту связи NFK (порт связи с центральной станцией) посредством 10-штырькового ленточного кабеля.

Питание шкафа N2 АСУ-ЭС и шкафов расположенных в других ТП осуществляется от ШУОТ 220 В постоянного тока. Из установленного в шкафах оборудования питание необходимо контроллеру RTU-211, которое он получает от преобразователя PS1 и преобразователям SPA-ZC17. В таблице 1.4 представлена нагрузка от средств автоматизации для КТП.

Таблице 1.4 – Нагрузка от средств автоматизации для КТП

В таблице 1.5 представлен перечень элементов обозначенных на рисунке 1.3.

Таблица 1.5 – Перечень элементов связи контроллеров RTU-211 установленных в ТП-8, ТП-9, ТП-10, ТП-11 с АСУ-ЭС

1.3.4 Верхний уровень АСУ-ЭС

Диспетчерская N2 АСУ-ЭС КС-10 располагается в здании электроремонтной мастерской (ЭРМ). В диспетчерской располагаются АРМы и «Шкаф сервера АСУ-ЭС», в котором находится компьютер связи, являющийся также базовым.

Если делить АСУ-ЭС на уровни, то диспетчерская является верхним уровнем, а блоки Sepam 2000 и котроллеры RTU-211 нижним уровнем. Верхний уровень организован в виде локальной сети по стеку протоколов TCP/IP с канальным уровнем Ethernet 10 Мбит/с.

В АСУ-ЭС верхнего уровня предусматриваются следующие АРМы (рабочие станции):

§     Рабочая станция оператора управления системой электроснабжения – подключается к сети АСУ-ЭС, устанавливается в операторной здания ЭРМ, предназначена для оперативного управления системой электроснабжения.

§     Рабочая станция инженера-релейщика – подключается к сети АСУ-ЭС, устанавливается в кабинете релейщика или аппаратной, предназначена для текущего обслуживания цифровых терминалов РЗА, анализа и разбора аварий, вызова осциллограмм, программирования терминалов;

§     Рабочая станция инженера-программиста, совмещенная с сервером (в составе базового компьютера) – предназначена для общего сопровождения системы, обеспечения ее работы в нормальном режиме и технического обслуживания системы.

В качестве основного концентратор локальной сети используется 8 портовый Switch Super Stack 3 производства фирмы 3COM. Имеет следующие характеристики:

§     обеспечивается расширенная полоса пропускания, встроенные функции управления;

§     используется программная коммутация портов;

§     производится постоянный мониторинг трафика между портами, и для освобождения ценной полосы пропускания трафик может перенаправляться на другой порт, балансировка может включаться автоматически в заданные моменты времени или при превышении определенных пороговых значений нагрузки.

Через верхний уровень АСУ-ЭС осуществляется связь с АСУ-Э. Так как весь верхний уровень АСУ-Э построен базе локальной сети по стеку протоколов TCP/IP с канальным уровнем Ethernet 10 Мбит/с и так как ЭРМ находится на значительном расстоянии от диспетчерской АСУ-Э, то для связи используется сетевой мост с оптическим портом RAD Tiny Bridge производства фирмы RAD. Имеет следующие характеристики:

§     не применяются программные средства;

§     канальные интерфейсы: V.24, V.35, V.36, RS-530, Х.21; встроенный оптоволоконный модем;

§     скорость синхронной передачи данных по каналу глобальной связи до 10 Мбит/с и асинхронной - до 115.2 Кбит/с;

§     автоматическое обучение и адаптация.

Приходящие с нижнего уровня оптоволоконные кабели заводятся в распределительную коробку ОРТ1 (рисунок 1.4) и через нее связываются с преобразователями SPA-ZC22 имеющие 3 дуплексных оптических соединителей.

Преобразователи связаны с компьютером связи по интерфейсу RS-232. В качестве логического протокола связи RTU-211 с АСУ используется стандартный протокол RP-570; у терминалов Sepam 2000 – протокол связи Modbus.

На крыше здания ЭРМ установлена антенна GPS, для приема сигналов точного времени. Сигналы поступают на компьютер связи, через него происходит синхронизация времени с блоками Sepam 2000 и контроллерами RTU-211.

Питание шкафа сервера АСУ-ЭС и АРМов осуществляется двух вводов ШУОТ 220В переменного тока, которые заводятся на источник бесперебойного питания. В таблице 1.6 представлена нагрузка от средств автоматизации для диспетчерской N2.

На рисунке 1.4 показан шкаф сервера АСУ-ЭС. В таблице 1.7 представлен перечень элементов обозначенных на рисунке 1.4.

Общая нагрузка от средств автоматизации входящих в состав АСУ-ЭС КС-10 составляет 7115 Вт.

Таблица 1.6 – Нагрузка от средств автоматизации для диспетчерской N2

Таблица 1.7 – Перечень элементов расположенных в шкафу N1 АСУ-ЭС

1.4 Разработка автоматизированной системы комплексного учета энергоресурсов

АСКУ-ЭР является подсистемой АСУ-Э. Учет энергоресурсов целесообразно разделять на технический и коммерческий не только функционально, но и физически.

1.4.1 Технический учет

Применительно к КС-10 к техническому учету необходимо отнести:

§     в подсистеме САУ Т учет потребляемого газа и выработанного тепла, расхода прямой, обратной и подпиточной воды, учет наработки насосов.

§     в подсистеме САУ В и КОС учет расхода воды и стоков, учет наработки насосов.

§     в подсистеме АСУ-ЭС учет расхода электроэнергии.

Для технического учета электрической энергии используются вычисляемые значения активной и реактивной мощности на каждой отходящей линии ЦРП-10 кВ в реле Sepam 2000. Также технический учет ведется в КТП, параметры снимаются с платы 23DP61 контроллера RTU-211.

Блок Sepam позволяет получать на месте и дистанционно совокупность величин, необходимых для эксплуатации и полезных при наладке.

Ток: Измерение тока в каждой из трех фаз цепи.

Максиметр тока: Измерение наибольшего значения средних токов во всех трех фазах для определения потребляемого тока, при скачках мощности. Расчет средних токов периодически возобновляется (период осреднения может регулироваться в пределах 5, 10, 15, 30 или 60 минут).

Напряжение: Измерение трех линейных напряжений цепи.

Активная и реактивная мощность: Измерение активной и реактивной мощности с учетом направления в симметричной и несимметричной трехфазной сети.

Максиметр активной и реактивной мощности: Измерение наибольшего среднего значения активной (или реактивной) мощности для определения потребляемой мощности при скачках нагрузки. Расчет среднего значения производится периодически (период осреднения может регулироваться в пределах 5, 10, 15, 30 или 60 минут).

Коэффициент мощности: Измерение cosj с учетом емкостного или индуктивного характера передаваемой мощности.

Частота: Измерение частоты.

Активная и реактивная энергия: Алфавитно-цифровое устройство индикации показывает значения 4 счетчиков энергии:

§     потребленная активная энергия,

§     обратная активная энергия,

§     потребленная реактивная энергия,

§     обратная реактивная энергия.

При отключении питания значения счетчиков сохраняются.

Токи отключения: Измерение значения тока в каждой из трех фаз и тока замыкания на землю, которые запоминаются в тот момент, когда Sepam дает команду на отключение, чтобы знать аварийный ток (анализ повреждения) и оценить степень износа выключателя (помощь при обслуживании).

Действительный эффективный ток: Измерение действительного значения тока фазы 1 до четырехкратного значения In, с учетом:

§     основного значения тока,

§     гармоник до 21.

Запись осциллограмм аварийных режимов: Запись электрических сигналов и логической информации до и после команды на отключение коммутационного аппарата.

Платы 23DP61 контроллера RTU-211 позволяет получать на месте и дистанционно совокупность величин, необходимых для эксплуатации и полезных при наладке. На основании значений выборки вычисляются следующие величины:

§    3-х линейных напряжений;

§    3-х фазных напряжений;

§    3-х фазных токов;

§    ток нейтрали;

§    напряжение нулевой последовательности;

§    активная мощность, реактивная мощность, полная мощность;

§    коэффициент мощности, частота;

§    накопленная активная мощность, потребляемая, отпущенная;

§    накопленная реактивная мощность, потребляемая, отпущенная.

1.4.2 Коммерческий учет

Коммерческому учету подлежит только отпускаемая электроэнергия, так как единственный энергоресурс, за который производит коммерческий расчет с энергоснабжающей организацией ОАО «Комиэнерго».

В связи с тем, что для надежности системы электроснабжения планируется строительство ЦРП-10 кВ, на площадке КС-10 изменяется схема электроснабжения. Все КТП-10/0,4 кВ расположенные на промпощадке будут запитываться от ЦРП-10 кВ. ЦРП будет получать питание от двух вводов главной понизительной подстанции 110/35/10 кВ от ЗРУ-10 кВ. Поэтому для коммерческого учета электроэнергии достаточно установить в ЗРУ-10 кВ ГПП два счетчика на отходящих ячейках в ЦРП.

В настоящее время находится в эксплуатации АСКУЭ на базе КТС «Энергия» позволяющая организовать расчетный и технический учет потребления электроэнергии на КС-10. Сбор данных со счетчика производится по импульсным каналам учета с подключением их к преобразователю (УСД) Е443М2. Далее данные поступают:

а) по симплексному и полудуплексному каналам связи на плату ввода и плату ПДС соответственно, сервера КТС «Энергия»;

б) по полудуплексному каналу связи на модуль (преобразователь) интерфейсный МИ, имеющий выход RS-232, и далее по телефонному модему до ДП Центральных электрических сетей ОАО «Комиэнерго».

Расчетный учет электроэнергии на отходящих линиях 10 кВ выполнен на счетчиках типа СЭТ-4ТМ производства Нижегородского завода им. М. В. Фрунзе.

В дипломном проекте, в связи с изменение схемы электроснабжения, произвести следующую модернизацию:

§     из 14-ти счетчиков установленных на отходящих ячейках ЗРУ-10 кВ ГПП, питающих в основном КТП-10/0,4 кВ на КС-10, оставить только пять (два ввода на ЦРП-10 кВ КС-10, два ввода на ЦРП в районе ИТЦ, она ячейка на питание ЭХЗ).

§     заменить УСД Е443М2 на контроллер УИС.ЛК, при этом сохраняется функция опроса счетчиков как автоматизированной системой энергоснабжающей организации, так и системой установленной на АРМе главного оператора АСУ-ЭС (диспетчерская N1).

Преимущество применяемого контроллера УИС.ЛК в том, что он работает со стандартным протоколом применяемый в Центральных электрических сетях для опроса счетчиков. Другое преимущество контроллера УИС.ЛК в том, что он позволяет производить последовательное подключение счетчиков по цифровому каналу связи по интерфейсу RS-485.

Основные характеристики контроллера УИС. ЛК:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9