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.

КПР‑01М – решение НПО «МИР» для автоматизации подстанций среднего напряжения

Устройство МИР КПР‑01М для распределительных сетей уровней 35/6 (10) кВ разработано с учетом проблем, имеющихся в российской энергетике. В нем интегрировано большинство функций, требуемых на подстанции. Таким образом, оно дает возможность повысить наблюдаемость и управляемость энергообъекта малыми средствами.

ООО НПО «МИР», г. Омск

Mir_logotip.png


Проблемы в распредсетях 35 и 6 кВ

На современном этапе развития энергетики по-прежнему недостаточное внимание уделяется состоянию и автоматизации оборудования распределительных сетей уровней 35/6 (10) кВ. Основное технологическое оборудование изредка меняется по мере выполнения плановых ремонтов, а на автоматизацию и диспетчеризацию средства выделяются по остаточному принципу: сначала на силовое оборудование, затем – на РЗА, АСКУЭ, телемеханику. Например, по данным на начало лета 2013 года, количество нетелемеханизированных подстанций 110 и 35 кВ в АО «Омскэнерго» составляло около 85 %.

В результате – низкая наблюдаемость энергообъектов, разные (иногда противоречивые) данные от разных подсистем и высокие эксплуатационные затраты. Соответственно большая часть аварий разбирается «вслепую», на основании опыта диспетчерского персонала.

Существует очевидное решение проблемы: выделить средства и сделать «комплексную замену всего», «цифровую подстанцию». Такие решения применяются сейчас на уровне ФСК и сетей 110–220 кВ, при этом средства автоматизации представляют собой взаимосвязанный комплекс, выполняющий все функции АСУ ТП, с внедрением перспективных стандартов серии МЭК 61850.

Но на подстанции класса 35/6 кВ в настоящее время в лучшем случае кроме локальных устройств РЗА установлен только счетчик электроэнергии, чаще всего не подключенный к системе АСКУЭ/АСТУЭ. Усугубляется ситуация еще и ограниченной пропускной способностью или вообще отсутствием каналов связи в сельской местности и в регионах с малой плотностью населения.


Возможное решение

В условиях дефицита средств повысить наблюдаемость и управляемость можно с помощью одного закономерного решения: интегрировать большинство функций, требуемых на подстанции (учет, телемеханика, анализ качества сети, осциллографирование и РАС), в месте возникновения информации, в ячейке, в одном приборе.

Результаты анализа ожиданий специалистов служб сетевых предприятий, партнеров и клиентов НПО «МИР», показали, что интеграция в едином устройстве еще и функций РЗА нецелесообразна по причине:
- повышенных требований к надежности РЗА на фоне инертности мышления специалистов РЗА и общего падения профессионального уровня специалистов на местах;
- административных барьеров между различными службами, в первую очередь РЗА и остальными;
- желания иметь подсистему, анализирующую работу РЗА.


Предложение НПО «МИР» – устройство МИР КПР-01М

Для решения основной задачи – малыми средствами получить максимальную наблюдаемость и управляемость энергообъекта – разработано и поставлено в серийное производство устройство МИР КПР‑01М (рис. 1).

Ris.1.png

Рис. 1. Устройство МИР КПР‑01М

Если следовать устоявшейся в «большой энергетике» терминологии, МИР КПР-01М выполняет функ­ции контроллера присоединений:
- измерение фазных токов и напряжений с минимальным временем измерения СКЗ 20 мс с нормированной погрешностью;
- учет электроэнергии с классом 0,2/0,5;
- анализ качества электроэнергии (по методикам ГОСТ Р 51317.4.30), включая гармонический анализ напряжений и токов и измерение симметричных составляющих;
- телесигнализация и телеуправление (встроенные каналы ТС и ТУ);
- регистрация аварийных событий и осциллографирование.

Быстродействие устройства позволяет анализировать аварии (темп измерений – одно измерение за период сети + осциллографирование до 160 точек на период), при этом для возможности восстановления причинно-следственных связей при авариях предусмотрено синхронное осциллографирование по энергообъекту, все данные о состоянии энергообъекта с разных устройств синхронизированы с точностью 1 мс.


Повышение наблюдаемости, гибкие функции обнаружения событий

В МИР КПР-01М реализована «событийная» модель измерений, при которой темп формирования событий не фиксирован и зависит от текущего состояния энергообъекта. В случае отсутствия изменений измеряемых параметров формируются только периодические события, позволяющие строить графики долговременного изменения параметров в системе АСДУ. При изменении измеряемых параметров темп формирования событий меняется и позволяет достичь необходимой степени детализации для временных интервалов с нарушениями режимов. Таким образом, достигается компромисс между требованиями к степени детализации и к пропускной способности каналов связи.

Возможные критерии формирования событий приведены на рис. 2. Цифрами обозначены следующие типы событий:
(1) периодические события;
(2) события при изменении параметра на заданную величину (относительное отклонение);
(3) события при пересечении заданных порогов;
(4) событие при выходе за пределы шкалы измерений (событие самодиагностики);
(5) события при обнаружении локальных минимумов и максимумов;
(6) события при обнаружении точек перегиба;
(7) события при обнаружении длительного постоянного значения параметра (диагностика обрывов и замыканий).

Ris.2.png

Рис. 2. Критерии формирования событий

Путем комбинирования параметров формирования событий оптимизируется соотношение их количества (и, как следствие, наблюдаемость) и генерируемого трафика.


Функции осциллографирования

При обнаружении любого из событий, включая изменение состояния входов ТС, или по командам пользователя может быть активирована запись осциллограмм мгновенных значений токов, напряжений и состояний ТС с возможностью записи предыстории.

Для обеспечения возможности осциллографирования без потери точности максимальный ток МИР КПР-01М увеличен до 150 А (номинал 5 А, класс точности 0,5). Как показала практика, трансформаторы тока, даже не самые современные, имеют гарантированный запас по перегрузочной способности без искажения формы тока до 5–10 крат по измерительным обмоткам (вместо требуемых по нормативам 20 %), что позволяет обеспечивать одновременно точность измерений и перегрузочную способность при осциллографировании.

Запуск осциллограмм возможен синхронно по энергообъекту в целом по команде, содержащей причину запуска и время обнаружения события и поступившей от любого устройства, обнаружившего аварию.

Для обеспечения оперативности анализа аварий и изменений режима энергообъектов предусмот­рено два варианта формирования осциллограмм:
- фиксация мгновенных значений, осциллографирование формы сигналов (до 160 точек на период);
- фиксация средних значений за период, «осциллографирование огибающей», одна точка на период.

Осциллограмма и огибающая формируются одновременно и независимо друг от друга. Варианты осциллографирования могут использоваться в зависимости от канала связи с энергообъектом и от нужд анализа. Например, анализ работы РЗА может быть проведен по осциллограмме, анализ пуска синхронного двигателя – по огибающей.

В отличие от некоторых других технических решений система синхронного осциллографирования на базе МИР КПР-01М децентрализована, команду начала синхронной записи может послать любое устройство, первым обнаружившее нарушение режима сети.

ОРС-сервер МИР КПР‑01М позволяет реализовать загрузку осциллограмм с энергообъекта на сервер сбора данных с различными приоритетами, в том числе в фоновом режиме, практически не нарушая оперативности доставки диспетчерских данных.


Функции анализа ПКЭ

С точки зрения нормативной базы алгоритмы измерения ПКЭ в МИР КПР-01М выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.30, что позволяет использовать прибор для анализа соответствия качества электропитания ГОСТ Р 54149. Дополнительно к анализу напряжения выполняется также и анализ тока, что позволяет, например, анализировать эффективность работы помехоподавляющего оборудования и частотных приводов электрических машин. Журналы измерения как текущих, так и статистических ПКЭ могут быть сформированы и выгружены в виде xls- или html-страниц.


Интеграция в системы

Для облегчения включения МИР КПР-01М в автоматизированные системы в устройстве используются стандартные протоколы МЭК 60870-5-101/104 практически без применения пользовательских форматов сообщений. Осциллограммы формируются в формате COMTRADE, но при передаче по каналам связи могут быть сжаты без потерь более чем в 6 раз.

Для конфигурирования предоставляется ПО «Конфигуратор КПР», для просмотра текущих данных, архивов измерений, срезов мощности, осциллограмм возможно использование веб-сервиса при подключении к МИР КПР-01М по Ethernet.


Российская специфика

Как уже отмечалось, в российской глубинке модернизация проводится планово и поэтапно, но крайне медленно. МИР КПР-01М разработан с оглядкой именно на опыт применения в условиях промышленных и сетевых предприятий добывающей отрасли, расположенных за Уралом, где встречаются линии 110 кВ длиной под 200 км и линии 6 кВ длиной более 10 км, а каналы связи с энергообъектами просто отсутствуют.

Система электропитания МИР КПР-01М имеет 5‑кратное перекрытие по рабочему напряжению, кроме того, приняты специальные меры по обеспечению целостности информации при отключении питания, которые позволяют в том числе обнаруживать факт пропадания питания и формировать команду записи осциллограмм.

Гибко настраиваемая событийная модель по принципу «минимум трафика при максимуме информации» позволяет строить системы на базе МИР КПР-01М, работающие по радиоканалам со скоростями 9600 бит/с и ниже, с возможностью загрузки осциллограмм по тому же каналу. Более чем 20‑летний опыт НПО «МИР» позволяет строить системы с минимумом затрат на инфраструктуру связи. Например, возможна работа 100–150 устройств на 15–20 энергообъектах класса 35/6 кВ с передачей всех данных (каналы ТС, 5‑минутные срезы мощности, текущие измерения, гармоники, осциллограммы и телеуправление при авариях) в одном УКВ‑радиоканале, со скоростью доставки данных, приемлемой для того, чтобы диспетчерский персонал успевал принимать решения.


Перспективы

Несмотря на все трудности, продолжается модернизация энергетики. Тем не менее, судя по ее темпам, до массового внедрения «цифровых подстанций» по МЭК 61970/61850 успеет смениться еще два-три поколения разработок отечественных производителей, нацеленных на малобюджетную автоматизацию.

Функциональные возможности МИР КПР-01М позволяют эффективно решать задачи автоматизации подстанций классов 35/6 кВ с минимальной стоимостью. Вопреки всем проблемам российской энергетики, системы на базе МИР КПР-01М позволяют значительно повысить наблюдаемость подстанции уже сейчас и обладают потенциалом органичной интеграции в модель цифровой подстанции в будущем.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(48)_2013

А. В. Казимиров, начальник сектора разработки
ООО НПО «МИР», г. Омск,
тел.: (3812) 354-710,
e‑mail: mir@mir-omsk.ru,