SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Переход от аналоговых измерений к цифровым: комплексный подход

В статье рассматриваются основные проблемы, связанные с заменой стрелочных приборов для измерения параметров электрической сети на цифровые. Описаны основные проблемы и пути их решения.

ОАО «Электроприбор», г. Чебоксары

electropribor.jpg

Тенденция последних лет – замена стрелочных приборов на цифровые, к сожалению, редко приводит к желанной цели: снижению затрат на обслуживание приборного парка. Часто, наоборот, несистемный подход к закупке разнотипных средств измерений влечет за собой значительное удорожание при обслуживании.


Дорого и неточно

Как же выглядит ситуация сегодня? Подавляющее большинство подстанций построены в 70–80‑х годах прошлого века. Измерительная часть их оборудования укомплектована преимущественно стрелочными измерительными приборами и измерительными преобразователями миллиамперной идеологии. Модернизация измерительного оснащения и перевод основной массы измеряемых параметров в цифровой формат на таких подстанциях сопряжены с заметными затратами.

По нашим данным, сейчас в эксплуатации находится более 300 млн старых стрелочных приборов с износом, превышающим 80–85%. Эта ситуация порождает ряд проблем:
- затраты на обслуживание с каждым годом возрастают (ремонт, ежегодная поверка, калибровка, содержание обменного фонда и т. д.);
- показания приборов не дают реальной картины оперативному персоналу.

К сожалению, последние десятилетия основные усилия были направлены не на внедрение новых технологий, а на поддержание работоспособности действующего оборудования. Кардинальным образом повысить надежность электроснабжения за счет ремонта уже невозможно, необходимы техническое перевооружение и реконструкция.


Пути модернизации

Существует много подходов к повышению наглядности состояния электросетей и изменению описанной ситуации, которые условно можно разбить на две большие группы, каждая из которых имеет свои преимущества.

Первый вариант: постепенная замена приборного парка, проводимая в рамках плановых ремонт­ных работ. Это вариант, когда снимается старый стрелочный прибор и на его место устанавливается цифровой прибор с интерфейсом. Такой способ применяется в случае неполного соответствия оснащенности подстанций современным требованиям к наглядности состояния электросетей и когда не выделяется значимых средств на их переоснащение.

Второй вариант приемлем в условиях проектирования новых объектов или кардинальной реконструкции старых. Его суть заключается в установке одного многофункционального прибора и подключения к нему ряда индикаторных панелей, которые в удобном для заказчика виде будут отображать необходимые величины.

Оба варианта модернизации имеют безусловные преимущества:
- повышается точность измерений. Стрелочные щитовые приборы имеют класс 1.5 и не предназначены для измерения переменного тока в начале шкалы (20–30 % и менее). Цифровые приборы имеют класс точности 0.5, в том числе – и в начале диапазона измерения;
- в цифровых приборах полностью сохранено посадочное место и способы крепежа стрелочных приборов, что исключает необходимость слесарной доработки щитов;
- новые многофункциональные преобразователи и приборы имеют высокое быстродействие – 100 мс, а различные каналы коммуникации – RS, Ethernet, USB, CAN – делают прибор универсальным для применения в телемеханике;
- в случае с использованием многофункционального прибора периодической поверке или калибровке подлежит лишь одно изделие раз в 6 лет (!), индикаторные панели НЕ ЯВЛЯЮТСЯ средствами измерений.

Проводя замену аналоговых устройств на цифровые в рамках планово‑ремонтных работ, на объекте смогут объединять приборы в цифровую сеть, связывать с установленной SCADA-системой и организовывать обработку полученной измерительной информации.

Рис.1.jpg

Рис. Работа энергоблока, оснащенного современными цифровыми приборами


Комплекс проблемных вопросов

Комплекс вопросов, связанных с подобной модернизацией, достаточно широк, но в видимой зоне проблемы находится лишь актуальность замены стрелочных приборов на цифровые. Для ощутимого результата мало просто заменить стрелочные приборы на цифровые, необходимо убедиться, что выбранные СИ будут без затрат интегрироваться в существующую систему, а оснащение метрологической службы позволит проводить регулярные калибровки и поверки.

Необходимо задать еще целый ряд вопросов.
- В случае спорных с юридической точки зрения обстоятельств получит ли такая модернизация одобрение проектных организаций?
- Не секрет, что в настоящее время техника развивается семимильными шагами, а способны ли производитель или поставщик обеспечить в будущем возможность роста и решения «нестандартных задач»?
- Используются ли выбранные вами СИ в распределительных устройствах и РЗА, которые будут устанавливаться на эти же объекты, или более сложное оборудование потребует новых СИ?

В большинстве случаев, к сожалению, во главу угла ставится закупка цифровых приборов, в то время как эти важнейшие, но невидимые вопросы так и остаются без внимания. И что же получается в результате:
- ежегодно происходят несистемные закупки цифровых приборов разного происхождения, с разными характеристиками. Китайские, чебоксарские, белорусские, краснодарские… Объект превращается в географическую чехарду разных СИ;
- большое количество приборов разных производителей в разы увеличивает затраты на их обслуживание. Многофункциональные приборы просто невозможно откалибровать или перепроверить в ручном режиме аналогично стрелочным. Может возникнуть ситуация, что на каждые СИ необходимо будет иметь свой комплекс;
- различные протоколы и средства коммуникации требуют больших затрат на адаптацию разных приборов к существующей системе сбора данных;
- невозможность согласовать каждое изменение СИ с проектировщиками в спорных случаях может вызвать вопрос о законности модернизации подстанций.

В случае необходимости апгрейда договориться с десятками производителей будет невозможно.
Решение этих проблем одно – подготовка системной программы по обновлению приборного парка, в которой предусмотрены все «невидимые» вопросы.

Наиболее подходящим вариантом в этом случае будет универсальное многофункциональное устройство для измерения всех основных параметров 3-фазной 3- или 4-проводной электрической сети. Также данное устройство, кроме метрологических функций по точному измерению основных параметров, должно обладать целым рядом коммуникационных функций. Это:
- дискретные входы – для осуществления функций телесигнализации;
- дискретные выходы – для решения задач по телеуправлению через внешний блок, например по CAN;
- релейные выходы – для осуществления задач «включить», «отключить», «блокировка»;
- типы интерфейсов:
-- RS‑485 протокол ГОСТ Р МЭК 870–5-1–95 ModBus RTU, – до 3 каналов;
-- Ethernet, пр. 10Base-T ГОСТ Р МЭК 60870–5-104–2004;
-- CAN – USB 2.0.;
- журнал событий;
- возможность изменения коэффициентов трансформации;
- часы реального времени (RTC), учет хронометрических данных (текущее время, дата).

Использование подобных приборов на энергообъектах и у производителей электротехнического оборудования поддерживается типовым проектом института ОАО «Энергосетьпроект-НН-СЭЩ». Типовой проект содержит:
- рекомендации для проведения электрических измерений на ПС 35–220 кВ;
- рекомендации по использованию цифровых измерительных приборов в типовых схемах распределительных устройств 35–220 кВ подстанций энергосистем;
- примеры компоновки приборов на щитах управления подстанций 110/10 кВ, 110/35/10 кВ, 110/35/6 кВ.

В качестве примеров можно привести несколько предприятий – представителей энергетической отрасли, которые проводят системную работу по модернизации сетей и ставят перед собой цель комплексной модернизации средств измерений и оптимизации затрат на их обслуживание.

1. ОАО «Сетевая компания» (Татарстан) имеет 5‑летнюю программу модернизации подстанций, основными целями которой является перевод в цифровой формат всех измерений и объединение в единую сеть более 400 подстанций на территории республики, а также оптимизация затрат на обслуживание установленных СИ.

Результатом реализации этой программы в 2010–2011 годах стало объединение в сеть около 40 подстанций, вывод из эксплуатации более 5000 аналоговых устройств и, как следствие, сокращение затрат на обслуживание в 20 раз.

Кроме измерений параметров электроэнергии, энергетиками были также предъявлены требования к наличию в приборах порта Ethernet и осуществлению функций телеуправления. А также возможности осуществлять автоматическую калибровку единым мобильным устройством.

В завершение программы модернизации в татарской сетевой компании будут установлены однотипные приборы, что существенно сократит обменный фонд, уменьшит требования к адаптации приборов к существующей системе телемеханики, позволит создать автоматизацию обслуживающих процессов и решить другие нестандарт­ные задачи.

2. Аналогичный путь выбрало подразделение ОАО «Перм­энерго» – МРСК Урала. В конце 2011 года там было оцифровано 5 подстанций, в планах на 2012 год еще 13.

Анализируя положительный опыт системных программ по обновлению приборного парка, можно признать очевидными следующие преимущества:
- существенно сокращается количество измерительного оборудования, что приводит к повышению надежности и качества системы в целом и, как следствие, к сокращению обменного фонда;
- модернизация подкрепляется типовым проектным решением;
- использование однотипного оборудования позволит облегчить его метрологическое обслуживание;
- налаживаются тесные многолетние связи с заводами – производителями энергетического оборудования, многие из которых уже используют в типовых ячейках данное решение.

В заключение хотелось бы сделать вывод: прямые связи «производитель – конечный потребитель», о которых говорится в статье, необходимы обеим сторонам. И прежде всего важна техническая сторона данного вопроса, когда конечный потребитель получает изделие, которое действительно решает его проблемы, и может использовать предприятие-производитель в качестве площадки для обмена опытом.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(39)_2012

Е.В. Романова, директор по основному производству, 
маркетингу и продажам, к. т. н.,
ОАО «Электроприбор», г. Чебоксары,
тел.: (8352) 399-822,
e‑mail: romanova@elpribor.ru,
www.elpribor.ru