Системы телемеханики в энергетике

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(ОмГУПС (ОмИИТ))

 

Кафедра «Электроснабжение  железнодорожного транспорта»

 

 

 

 

 

 

 

 

СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ В  ЭНЕРГЕТИКЕ (ОБЗОР)

 

Реферат по дисциплине «Автоматизация систем электроснабжения»

ИНМВ.500017.000

 

 

 

 

 

 

 

Студентка гр. 48 В

______В. Ю. Ильман

«__» _____ 2012 г.

Руководитель –

доцент кафедры ЭЖТ

______ И. Е. Чертков

«__» _____ 2012 г.

 

 

 

 

 

 

Омск 2012

 

 

Реферат

 

УДК 621.311: 621.314.632: 621.331

 

 Реферат содержит 18 страниц, 2  рисунка, 2 таблицы, 6 источников.

 

         Системы телемеханики, железнодорожный транспорт, крупные промышленные предприятия, энергетическая отрасль, модули телеуправления, модули телесигнализации, системы телеизмерения, модули передачи данных, программное обеспечение.

 

Цель исследования – найти и рассмотреть существующие системы телемеханики, применяемые в энергетике, обобщить знания по ним, выявить их достоинства и недостатки.

В работе перечислены системы телемеханики, применяемые в энергетике и электроснабжении в частности, существовавшие раньше, а также существующие в наши дни; изображены их схемы; перечислены особенности; приведены общие сведения; дана некоторая информация об их изготовителях; сделан обзор их функций и практического применения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание 

Оглавление

Введение 3

1 Применение  систем телемеханики Siemens в энергетике 5

2 Система  телемеханики "ОМЬ" 12

3 Система  автоматизации ПС iSCS 15

Заключение 17

Библиографический список 18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Системы телемеханики получили значительное применение в производственных отраслях, где остро стоит вопрос организации централизованного управления территориально удалёнными системами. Это железнодорожный транспорт, крупные промышленные предприятия, энергетическая отрасль и т. д.

 

Особо важную роль играют модули телеуправления, модули телесигнализации и так называемые контроллеры присоединения именно в энергетической отрасли, которую можно смело назвать уникальной по сравнению со всеми другими производственными отраслями. Ведь нигде, ни в одном другом производстве нет настолько чёткой и согласованной деятельности между поставщиками и потребителями готовой продукции.

 

Так как продукцией является электроэнергия, то все крупные производители и потребители должны быть объединены в единую систему. Если взять Россию, то в ЕЭС входят сотни электростанций, которые расположены на территории 8 часовых поясов. При этом их общая мощность превышает 170 ГВт. Для решения задач управления и координации энергетических систем необходимы современная автоматика и телемеханика.

 

Давайте рассмотрим, какие  системы телемеханики применяются  в энергетике, и их классификацию. В первую очередь разберёмся, чем  автоматика и  телемеханика различаются между собой.

 

Главной особенностью систем телемеханики является наличие устройств, обеспечивающих передачу информации на большие расстояния. При этом необходимо, чтобы модули телеуправления получали как можно менее искажённую информацию. В условиях значительной территориальной  разобщённости элементов энергосистем и наличия значительного количества помех это создаёт наибольшую проблему для работы системы телемеханики.

 

По заложенным в них  функциям и типу передаваемых данных системы телемеханики, применяемые  в энергетической отрасли, классифицируются на:

- модули телеуправления, управляющие отдельными единицами  оборудования или целыми комплексами;

- модули телесигнализации, на которые возложена функция  дистанционного контроля состояния и положения объектов;

- системы телеизмерения,  проверяющие показатели различных  величин;

- модули передачи данных, предназначенные для передачи  на расстояние информации об управляемых объектах в цифровой или другой форме.

 

Если говорить в общем, то все  системы телемеханики представляют собой системы передачи данных. В  них содержится совокупность технических средств (модули телесигнализации, управления, модули телеизмерения, модули дискретной сигнализации и т. д.), которые должны обеспечить передачу информации от источника к рабочему органу и выполнение всех возложенных на неё функций.

Специфическими особенностями  телемеханики являются:

1. удалённость объектов контроля и управления;
2. необходимость высокой точности передачи измеряемых величин;
3. недопустимость большого запаздывания сигналов;
4. высокая надёжность передачи команд управления;
5. высокая степень автоматизации процессов сбора информации.

Важным показателем, которым  должны обладать автоматика и телемеханика, является доступность совокупной стоимости владения, куда входит стоимость самой системы и её эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Применение систем  телемеханики Siemens в энергетике

 

В статье Л.А. Шерешевского (Группа компаний "СМС-Автоматизация"), опубликованной  в журнале «Автоматизация и ИТ в энергетике» № 1-2009 (http://www.avite.ru/) представлен комплекс программно-технических средств SICAM PAS компании Siemens, предназначенный для построения систем телемеханики и диспетчерского управления в энергетике. Рассмотрены функциональные возможности комплекса и опыт его внедрения на 16 тепловых станциях ТГК-7 и 2 ГЭС Поволжья.

 

Задачи управления режимами работы единой энергосистемы и обеспечение ее надежного функционирования и устойчивого развития предъявляют серьезные требования к системам обмена технологической информацией, которые в профессиональной среде принято называть системами телемеханики. Системный оператор единой энергетической системы России, осуществляющий функции диспетчерско-технологического управления, четко регламентирует основные технические и функциональные характеристики систем обмена технологической информацией для всех участников балансирующего рынка электроэнергии.

 

Эти требования послужили  причиной массовой замены систем телемеханики электростанций, так как отечественные системы телеметрии, созданные 20-30 лет назад, безнадежно морально устарели, физически изношены и не подлежали модернизации.

Ключевыми критериями при  выборе системы телемеханики являются функциональная полнота, надежность работы оборудования и программного обеспечения, совокупная стоимость владения (цена системы и ее обслуживания). Важной характеристикой функциональных возможностей системы телемеханики является спектр поддерживаемых ею протоколов обмена данными. В Советском Союзе, а затем и в России получили распространение такие протоколы телемеханики, как АИСТ (RPT), ТМ-512, ГРАНИТ, ТМ-800А, КОМПАС, УТК-1, УТМ-7. Некоторые производители систем телемеханики поддержку этих национальных протоколов позиционируют как неоспоримое преимущество, что в наши дни уже не совсем верно. Не обсуждая технические преимущества и недостатки данных протоколов, отметим, что они не отвечают принципам открытости и стандартизации интерфейсов. Гораздо более перспективными в этом отношении являются протоколы, принятые в качестве международных стандартов: семейство МЭК 60870-5, МЭК 61850, МЭК 60870-6. Их применение в системах телеметрии гарантирует аппаратную и программную совместимость компонентов всех крупных производителей.

Только часть из представленных сегодня на рынке ПТК для построения систем телемеханики способна обеспечить выполнение всех требований регламента и сделать систему диспетчерского управления эффективным инструментом поддержки и оптимизации производственного процесса. Среди таковых следует выделить SICAM PAS - разработку департамента передачи и распределения электроэнергии компании Siemens. Этот ПТК создавался с учетом всех современных международных стандартов, успешно зарекомендовал себя на мировом и отечественном рынках, полностью пригоден для эксплуатации в России.

SICAM PAS - открытая модульная цифровая система телеконтроля и телеуправления для электроэнергетики. В ней специфические для отрасли функции совмещены с гибкостью и универсальностью ПЛК и дополнены мощными коммуникационными возможностями современных средств связи.

 

Модульная структура аппаратуры и программного обеспечения SICAM PAS обеспечивают высокую степень адаптируемости системы к особенностям конкретных предприятий. Заказчик имеет возможность из множества доступных компонентов выбрать только необходимые, не переплачивая за ненужную функциональность. Другим немаловажным достоинством SICAM PAS является бесшовная интеграция с любыми системами управления на базе техники SIMATIC в соответствии с исповедуемым Siemens принципом комплексной интегрированной автоматизации (Totally Integrated Automation - TIA). Это дает возможность объединения АСУТП и систем диспетчерского уровня управления и устранения избыточных взаимодублирующих элементов.

Ключевым аппаратным компонентом  SICAM PAS является специализированная приемо-передающая станция (ППС), работающая под управлением Windows XP Embedded. Станция является полностью необслуживаемой за счет отсутствия изнашивающихся и вращающихся элементов. Она имеет промышленное исполнение и характеризуется высокими показателями наработки на отказ всех компонентов, к примеру, 36 лет для центрального процессорного модуля. Число ППС может варьироваться от 1 до 6 в зависимости от сложности системы телемеханики и ее топологии. Для подключения ППС к аппаратуре станционного и диспетчерского уровней имеется широкий перечень интерфейсных компонентов, обеспечивающих связь по последовательным и TCP/IP-каналам. При необходимости система может комплектоваться аппаратными средствами приема сигналов точного времени GPS. В целях повышения надежности SICAM PAS может работать в конфигурациях с полным резервированием или с резервированием каналообразующей аппаратуры.

Программное ядро SICAM PAS реализует функции конфигурирования, отладки и диагностики системы, сбора данных и преобразования протоколов, а также является OPC-сервером. Ядро системы при необходимости может дополняться опциональными компонентами: коммуникационными драйверами для протоколов МЭК 61850, МЭК 60870-5-101/103/104, Profibus DP/FMS, ModBus, DNP 3.0, OPC-клиентом и виртуальным контроллером. Драйверы телекоммуникационных протоколов и OPC в режиме реального времени обеспечивают регистрацию измерительной информации и ее передачу на верхние уровни диспетчерского управления. Виртуальный (soft-logic) контроллер позволяет реализовать функции дорасчета данных и дает возможность дополнить или проконтролировать диспетчерское управление автоматически.

Для организации человеко-машинного  интерфейса в SICAM PAS используется полнофункциональная версия SCADA-системы SIMATIC WinCC, дополненная модулями, специально разработанными для решения задач оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике. Она предоставляет оперативному персоналу обширные возможности работы с системой: просмотр информации в виде индикаторов, графиков, гистограмм, текстовых сообщений, архивация данных и формирование отчетов, протоколирование действий пользователей; диагностика оборудования. SICAM PAS позволяет использовать клиент-серверные и многоэкранные варианты построения среды визуализации, а применение пакета WebNavigator дает возможность создания "легких" клиентских приложений, ориентированных на web-интерфейс.

 

Следует отметить, что SICAM PAS - не единственное решение Siemens для систем телеметрии и диспетчерского управления. В зависимости от особенностей решаемой задачи SICAM PAS может дополняться или заменяться техническими и программными средствами SINAUT ST7, SICAM eRTU и SIPLUS RIC, SAT 1703:

1. SINAUT ST7 - программно-технический комплекс для построения распределенных систем мониторинга и управления технологическим процессом в распределенных конфигурациях на основе станций управления SIMATIC S7, дополненных специальными программными и аппаратными компонентами. Дистанционное и автоматическое управление обеспечивается применением одной и той же аппаратуры. Поддерживаются выделенные линии (медный кабель или оптоволокно), частные радиосети, аналоговые телефонные линии, цифровые ISDN-сети, сети GSM
2. SICAM eRTU - модульная система телеуправления, основанная на программируемых контроллерах SIMATIC S7. Система обеспечивает высокопроизводительную обработку больших объемов данных в реальном времени, а специальные коммуникационные модули обеспечивают связь с центрами управления и интеграцию устройств уровня подстанции.
3. SIPLUS RIC - семейство программных и аппаратных продуктов, ориентированных на построение систем телеуправления объектами, расположенными на значительных расстояниях друг от друга. В качестве базовой аппаратуры для построения таких систем находят применение программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 и S7-400, а также компактные модули SIMATIC RIC Compact.
4. SAT 1703 - комплекс оборудования и программного обеспечения, изначально разрабатывавшийся австралийской компанией VA Tech T&D, приобретенной концерном Siemens. Используется для автоматизации подстанций всех типов - от очень компактных систем среднего класса напряжения до очень больших систем сверхвысокого напряжения.

 

Практическая польза, получаемая от применения систем телемеханики в  энергетике, в значительной степени  зависит от объема, точности и достоверности поступающей от объекта управления измерительной информации. Качество этой информации в свою очередь определяется выбором контрольно-измерительного оборудования.

 

Одно из недавних внедрений  SICAM PAS в России было выполнено на Жигулевской ГЭС в рамках проекта по разработке системы сбора и передачи информации (ССПИ) АСДУ. Жигулевская ГЭС является одной из крупнейших гидроэлектростанций в мире по мощности и выработке электроэнергии и самым первым гигантом отечественной энергетики.

 

ССПИ АСДУ была разработана  для замены морально устаревшей и  физически изношенной системы телемеханики на базе аппаратуры ТМ-512 и УТК-1. Учитывая многолетний успешный опыт применения оборудования Siemens SIMATIC на станции, новую систему телемеханики было решено реализовать на базе ПТК SICAM PAS. ССПИ АСДУ выполняет сбор информации о текущих аналоговых и дискретных параметрах и состоянии электрооборудования ГЭС и передачу информации в оперативный измерительный комплекс СК-2003 объединенного диспетчерского управления (ОДУ) Средней Волги.

 

Все аналоговые электрические  параметры по гидроагрегатам и присоединениям собираются непосредственно программно-аппаратными средствами ССПИ АСДУ. Часть дискретных и аналоговых параметров импортируется в цифровом виде из подсистем АСУТП ГЭС. Новая система телемеханики ССПИ предусматривает регистрацию более 1700 параметров телеизмерений и более 600 телесигналов. Для регистрации электрических параметров используются измерители SIMEAS P 100, подключаемые по 4-проводной схеме с несбалансированной нагрузкой по фазам. Передача данных от измерителей параметров электрической сети и модулей распределенной периферии в ППС производится по промышленной шине Profibus DP. На физическом уровне шина Profibus организована с помощью комбинации электрических и оптоволоконных сегментов, в том числе резервированных.

 

Все данные, собираемые ППС, передаются в подсистему визуализации и архивации для предоставления клиентам ЛВС станции и хранения в базе данных. Для передачи данных в ОДУ Средней Волги используется протокол МЭК 60870-5-104, ориентированный  на взаимодействие по TCP/IP. Связь организована по резервированным выделенным каналам.

 

После начала работ на Жигулевской  ГЭС последовала разработка аналогичной системы на Саратовской ГЭС. Данная система имеет архитектуру, аналогичную ССПИ Жигулевской ГЭС, но в ней изначально реализовано полное горячее резервирование каналообразующей аппаратуры по всему тракту прохождения данных - от датчиков и измерительных преобразователей до оперативных измерительных комплексов предприятий СО ЦДУ. Для реализации такого резервирования потребовалось применение дублированной системы на базе контроллера SIMATIC S7-400H. Другими отличительными особенностями ССПИ Саратовской ГЭС являются расширенная диагностика сетевого оборудования и источников питания, а также возможность параллельной передачи информации в Саратовское региональное диспетчерское управление (РДУ) по протоколам МЭК 870-5-104 и МЭК 870-5-101.

 

Успешный опыт внедрения  SICAM PAS на станциях Волжско-Камского каскада послужил одной из веских причин в пользу выбора данного решения при замене систем телемеханики и связи на 16 тепловых станциях Волжской ТГК в Самарской, Саратовской и Ульяновской областях. Внедренная система телемеханики и связи выполняет следующие задачи:

1. измерение и сбор аналоговых параметров нормального режима работы электрической сети и силового оборудования;
2. сбор данных о положениях коммутационных аппаратов;
3. контроль достоверности получаемых данных;
4. автоматическая синхронизация с внешним эталонным источником астрономического времени и присвоение всем измерениям меток времени с требуемой точностью;
5. ведение архивов измеряемых и рассчитываемых значений;
6. представление на АРМ оперативной, отчетной и ретроспективной информации;
7. передача в автоматизированную систему системного оператора телемеханической информации по резервированным каналам в протоколах МЭК-870-5-104/101.

 

Система телемеханики реализована  на базе SICAM PAS и коммуникационного оборудования Siemens и MOXA. Данные о состоянии устройств противоаварийной автоматики импортируются из подсистемы регистрации аварийных событий на базе ПТК "Нева". Период опытной эксплуатации систем показал высокую надежность оборудования и стабильность работы программного обеспечения SICAM PAS. В настоящее время все системы введены в промышленную эксплуатацию.

 

Системы телемеханики являются ответственной частью технического обеспечения энергогенерирующих предприятий. ПТК SICAM PAS, разработанный компанией Siemens, идеально подходит для построения систем телемеханики и соответствует современным мировым и российским стандартам. В настоящее время системы на основе SICAM PAS успешно эксплуатируются на многих российских энергогенерирующих предприятиях, в том числе на 16 тепловых станциях ТГК-7 и 2 ГЭС Поволжья.

 

 

 

 

 

2 Система телемеханики "ОМЬ"

 

Система телемеханики "ОМЬ" предназначена для оперативного контроля и управления объектами энерго-, тепло- и водоснабжения и может применяться в электрических сетях и коммунальном хозяйстве. Объектами управления системы являются подстанции 35/6кВ, РП10кВ, насосные станции (контролируемые пункты -КП).

 

Система "ОМЬ" обеспечивает:

1. непрерывный сбор и контроль информации о телесигнализации (ТС);
2. телеизмерение текущих значений напряжений, токов, давления и температуры (ТИ);
3. телеуправление (ТУ).

 

Технические характеристики и состав оборудования системы «Омь» представлены в таблице 1 и таблице 2 соответственно.

 

Таблица 1 –  Технические характеристики системы «Омь»

 

Техническая характеристика	Числовое значение
Радиоканал УКВ	до 100
Диапазон частот	146-174МГц
Дальность связи	до 45 км
Расположение КП и ПУ	радиальное
Информационная емкость  КП:
- сигналов	ТС -0-124
- аналоговых измерений	ТИ -0-128
- интегральных измерений	ТИИ -0-62
- команд телеуправления	ТУ -0-60
Среднее время передачи сообщения	3 с
Диапазон рабочих температур КП	от -40° С до +50° С

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 – Состав оборудования контролируемых пунктов

 

Наименование	Тип	Изготовитель
Контроллер	"ОМЬ-1"	фирма "МИР"
Антенна направленная		внешние поставщики
Преобразователи измерительные:		внешние поставщики
переменного тока	"ОМЬ-2", "ОМЬ-4"	внешние поставщики
напряжения переменного тока	"ОМЬ-3"	внешние поставщики
Радиостанция УКВ	"Маяк", "Сигнал", "Моторола"	внешние поставщики
Антенный и контрольный кабель		внешние поставщики
Счетчики электрической  энергии	"Альфа", "ПСЧ-4", "ЦЭ6811" и др.	внешние поставщики

 

 

Описание системы

 

В системе учтен пятилетний опыт эксплуатации системы телемеханики на предприятиях энергетики и в коммунальном хозяйстве. Основные параметры системы по периодам опроса и хранения, отображению информации и ведению протоколов событий задаются пользователем. Система снабжена графическим редактором для создания схем подстанций. Файлы базы данных создаются системой автоматически по описаниям схем и сигналов КП, введенным диспетчером. Система «Омь» показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема системы  телемеханики «Омь»

В системе "ОМЬ" имеется  возможность создания и вывода графиков токов, напряжений, мощности и давления по всем потребителям. Система "ОМЬ" может работать в режиме удаленного терминала в локальных сетях  различной конфигурации. С любой  станции локальной сети можно  получить информацию, доступную с  рабочего места диспетчера. При этом ПЭВМ диспетчера работает как ретранслятор. В основном режиме работы система "ОМЬ" автоматически, с заданным периодом, опрашивает КП и собирает информацию о срабатывании сигнализации, отклонениях параметров от установок, телеизмерениях. При обнаружении неисправностей диспетчеру выдается звуковой сигнал, на экран терминала выводится схема КП и неисправный объект помещается в мигающую рамку. В рамке отображается динамическое значение параметра, дополнительно выводится транспарант с диагностическими сообщениями с одновременной фиксацией в файлах протоколов. В любой момент времени диспетчер может включить (отключить) КП, запросить с КП ТС/ТИ, войти в режим телеуправления и включить (отключить) требуемый объект. При необходимости можно просмотреть и откорректировать таблицы базы данных, просмотреть и напечатать графики и протоколы.

 

Монтаж, запуск и обслуживание

 

Монтаж оборудования на КП выполняется специалистами фирмы.

Сроки поставки и запуска  системы зависят от количества телемеханизируемых объектов и составляют от 2 до 6 месяцев.

Срок гарантийного обслуживания -2 года, в дальнейшем может производиться сервисное обслуживание.

 

Предлагаемая система "ОМЬ" позволит Вам быстро автоматизировать управление различными технологическими процессами. При этом весь пункт  управления может быть установлен прямо  у рабочего места диспетчера. Если у Вас возникли трудности с  проводными линиями связи, то система "ОМЬ", используя свои возможности  передачи данных по радиоканалу, успешно  решит эту проблему.

Сертификаты Госстандарта №  № 2232, 2684, 2685,

 лицензии ОМК №  003105, № 11-96

Изготовитель:

Научно-производственная фирма "МИР"

3 Система автоматизации  ПС iSCS

 

iSCS - Integrated Substation Control System (производства General Electric Energy) – интегрированная система управления подстанцией, обеспечивающая комплексную автоматизацию технологических процессов подстанции.

 

Ядром iSCS являются многофункциональные устройства iBOX/D25/D20/D200 и система управления (HMI/SCADA) PowerLink Advantage. Структурная схема, состоящая из данных устройств, представлена ниже на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема системы автоматизации ПС iSCS

 

Многофункциональные устройства iBOX/D25/D20/D200/D400 могут выполнять любую из следующих функций (или сразу несколько):

Функции центрального вычислительного  устройства (ЦВУ): выполнение технологических алгоритмов управления подстанцией и контроль работы как электрооборудования, так и оборудования автоматизации;

Функции программируемого логического  контроллера (ПЛК): функциональные возможности ПЛК в устройствах реализуются при помощи программного приложения LogicLinx DTA (IEC 61131-3), обеспечивающего выполнение циклических алгоритмов, и программного приложения Calculator DTA, обеспечивающего выполнение алгоритмов по событиям;

Функции удаленного терминала (RTU): сбор и передачу данных телеметрии в вышестоящие диспетчерские центры, выполнение команд телеуправления;

Функции концентратора данных: сбор данных от различных устройств (существующих и устанавливаемых  при реализации iSCS на подстанции);

Функции конвертера протоколов: сбор данных с устройств по фирменным протоколам производителей устройств, и передачу данных в ЦВУ подстанции по современным протоколам информационного обмена (МЭК 61850, МЭК 60870-5-101/103/104, DNP3.00);

Функции шлюза для доступа  к устройствам нижнего уровня: организация виртуального канала из удаленного диспетчерского центра для настройки и конфигурирования подключенных устройств нижнего уровня;

Функции измерительных и  регистрирующих устройств: измерение  параметров электрического режима с высокой точностью,  расчет активной/реактивной/полной электроэнергии, контроль ПКЭ (только D25), регистрация аварийных и переходных процессов (только D25).

Так же в состав iSCS могут входить терминалы релейной защиты и автоматики, устройства диагностики и мониторинга трансформаторного оборудования,  существующие устройства контроля/защиты присоединений и автоматизированные системы подстанции. Данные устройства/системы могут относиться к любому производителю, единственным требованием к ним является поддержка международных протоколов информационного взаимодействия (МЭК 61850, МЭК 60870-5-101/103/104, DNP3.00, Modbus и т.д., всего более 100 протоколов) для их интеграции в iSCS.