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.

Учет электроэнергии и повышение наблюдаемости подстанций 6–10 кВ

При большом количестве подстанций 6–10 кВ особенно важно найти решение, которое помогло бы повысить наблюдаемость подстанций, обеспечить учет электроэнергии и при этом не потребовало больших затрат труда и денежных средств. В статье описано такое системное решение, основанное на устройстве сбора и передачи данных (УСПД) RTU-325M.

ООО «Эльстер Метроника», г. Москва

Elster-Metronika_logo.jpg

Электрические cети 6–10 кВ по уровню технического оснащения автоматизированными системами пока отстают от высоковольтных сетей. С учетом большого количества подстанций 6–10 кВ приобретает актуальность задача поиска недорогих решений, обеспечивающих учет электроэнергии и повышение наблюдаемости подстанций.

Ниже предлагается системное решение, которое практически по цене АСКУЭ обеспечивает не только учет электроэнергии, но и повышает наблюдаемость подстанций, а следовательно, позволяет уменьшить время восстановления электроснабжения в аварийных ситуациях.


Системное решение

К центру сбора и обработки данных АСКУЭ и телемеханики могут быть подключены сотни подстанций. Программное обеспечение АСКУЭ и SCADA-системы имеют разные аппаратные платформы.

Ris..png

Рис. Структурная схема системы

В минимальный состав оборудова­ния интегрированной системы учета электроэнергии и телемеханики на подстанции включены: устройство сбора и передачи данных (УСПД) RTU‑325M, счетчики электроэнергии, датчики типа «сухой контакт». Интеллектуальным ядром на подстанции в данной системе является УСПД RTU‑325M, выполняющее функцию станционного контроллера.

Основные технические характеристики RTU‑325M приведены в таблице.

Таблица. Технические характеристики устройства сбора и передачи данных RTU‑325M

Tab.png

УСПД охлаждается естественным путем без использования в системе охлаждения вращающихся частей.

Следует отметить, что УСПД RTU‑325M может работать на неотапливаемых объектах и хорошо защищено от пыли и влаги, так что дополнительных оболочек и систем подогрева не требуется.


Работа системы в минимальном составе

Примерно каждые 10 секунд RTU‑325M опрашивает все счетчики на подстанции, получая результаты измерения следующих величин:
- суммарной активной мощности;
- активной мощности по фазам;
- суммарной реактивной мощности;
- реактивной мощности по фазам;
- суммарной полной мощности;
- полной мощности по фазам;
- напряжения по фазам;
- тока по фазам;
- линейного напряжения;
- суммарного коэффициента мощности;
- коэффициента мощности по фазам;
- угла суммарного коэффициента мощности;
- угла коэффициента мощности по фазам;
- угла напряжения по фазам;
- угла тока по фазам;
- частоты.

Максимальная частота чтения зависит от типа счетчиков и их количества. Увеличить частоту чтения можно, увеличив число интерфейсов RS‑485, но это приводит к росту стоимости системы.

Кроме телемеханических данных, каждые 30 минут считываются коммерческие данные и журнал событий счетчиков.

Все коммерческие данные обрабатываются в соответствии с требованиями оптового рынка электроэнергии и архивируются в базе данных УСПД. Время хранения профилей нагрузок по 30‑минутным коммерческим интервалам составляет 3,5 года.

Эти данные передаются по протоколу RTU‑325 на сервер АСКУЭ по инициативе последнего. Данные по телемеханике передаются в SCADA-систему по протоколу ГОСТ Р МЭК 60870-5-104 (если используется сеть), по выделенному каналу по протоколу МЭК 60870-5-101. Возможна передача данных АСКУЭ по запросу с верхнего уровня в форматах XML 80020, 8020, 80030 (по инициативе УСПД – опциональная функция).

Лучше всего, когда на подстанцию заходит сеть на базе Ethernet, тогда RTU‑325M включается непосредственно в эту сеть. Проблем с передачей в SCADA-систему большого объема данных не возникает. При отсутствии какой-либо связи данные принимаются и передаются по сотовой сети в режиме GPRS с использованием встроенного в RTU‑325M GSM-модема. В этом случае требуется тщательно настроить номенклатуру сигналов и условия передачи данных.

Телемеханические сигналы (ТС) от датчиков типа «сухой контакт» подключаются к клеммникам устройства RTU‑325M, которое осуществляет сканирование своих дискретных входов с частотой 1–2 мс, обеспечивая хорошее разрешение ТС. Запитка телемеханических сигналов производится от встроенного в RTU‑325M гальванически развязанного блока питания напряжением 24 В, что допустимо при малых расстояниях на подстанциях 6–10 кВ. Напрямую в УСПД RTU‑325M может вводиться максимум 16 телемеханических сигналов. Как правило, этого достаточно для подстанций 6–10 кВ.

Телемеханические сигналы могут формироваться датчиками коммутационных аппаратов, системой пожарной сигнализации, датчиком открытия входной двери и т. д. Количество таких сигналов в единицу времени невелико, поэтому они не перегружают канал сотовой связи. Наибольший объем данных имеют телеизмерения. При использовании каналов с малой пропускной способностью необходимо задавать большие апертуры и формировать достаточно редкие события, отражающие нештатные режимы работы подстанции.

Управление временем может осуществляться несколькими способами. В базовом исполнении предполагается, что время на RTU‑325M устанавливается из центра сбора и обработки данных. Наиболее приемлемый вариант – это использование NTP-протокола.

Существенно повысить точность ведения времени на УСПД RTU‑325M можно, подключив к нему по цифровому каналу и по каналу PPS GPS/ГЛОНАСС-приемник. Этот вариант отражен на схеме.

Время на счетчиках RTU‑325M устанавливается командами синхронизации времени. Следует отметить, что собственное время в счетчике используется, как правило, для формирования коммерческих данных. Метка времени телеметрической информации, считываемой со счетчика, присваивается RTU‑325M.

Электрическое питание RTU‑325M должно осуществляться от сети общего назначения переменным однофазным током номинальным напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Допустимые отклонения при продолжительной работе RTU‑325M могут находиться в диапазоне от 176 до 264 В. Допускается кратковременное (в течение 1 минуты) понижение/повышение питающего напряжения на величину от 120 до 320 В без срабатывания защит.

Максимальная потребляемая мощность – не более 20 Вт.

При кратковременном пропадании напряжения питающей сети при температуре +20 ± 5 °C RTU‑325M сохраняет работоспособность не менее 5 сек за счет встроенного суперконденсатора.

В тех случаях, когда требуется повысить надежность питания, необходимо запитывать RTU‑325M от АВР и блока UPS. Последний при переходе на батарею выдает телемеханический сигнал, индицирующий этот переход.

Если по требованиям технического задания счетчики должны быть наблюдаемы в системе, то необходимо применять счетчики с дополнительным питанием, которое позволяет работать с ними при отсутствии напряжения и токов во входных измерительных цепях.

RTU‑325M имеет возможность преобразовывать команды SCADA-системы в сигналы дискретного вывода со следующими параметрами:
- напряжение коммутации:
  • DC – 30 B (3 A), 250 B (0,1 A);
  • AC – 250 B (3 A);
- допускается подключение любой активной и индуктивной нагрузки, мощность потребления которой не превышает указанной в предыдущем пункте;
- напряжение гальванической изоляции «канал – земля» не менее 2500 В;
- напряжение гальванической изоляции «канал – канал» не менее 1000 В;
- кабель связи – КУПЭВ 10 × 0,5 экранированный.

Следует отметить следующее ограничение: в RTU‑325M применяется максимум две платы дискретного ввода/вывода (варианты 16 DC I, 8 DC O, 8 DC I + 4 DC O).


Диагностика системы

Эксплуатировать системы с большим количеством подстанций позволяет встроенная в RTU‑325M диагностика. RTU‑325M способно передавать разнообразную диагностическую информацию.

Для более детальной диагностики добавляется подсистема диагностики всех компонентов системы, но ее установка требует дополнительных затрат.


Обслуживание УСПД

Встроенное программное обеспечение RTU‑325M имеет гибкие механизмы, позволяющие производить обслуживание большого количества подстанций без выезда на объект.

Обслуживание RTU‑325M производится с инженерного пульта, который представляет собой внешний компьютер со специальной терминальной программой для доступа к встроенному программному обеспечению УСПД. Инженерный пульт подключается к RTU‑325M напрямую по интерфейсу Ethernet либо удаленно по каналам связи. Инженерный пульт предназначен для конфигурирования, диагностики, сервисного обслуживания УСПД и других компонентов системы.


Обновление версии прошивки

Обновление версии прошивки УСПД может проводиться без потери архивных данных и рабочей конфигурации следующими способами:
- по FTP;
- с USB-накопителя с обновлением прошивки;
- с USB-накопителя с помощью программного обеспечения «Сервис‑325»; при обновлении осуществляется полная перезапись прошивки.


Защита от несанкционированного доступа

Защита от несанкционированного доступа обеспечивается с помощью:
- программных паролей доступа:
  • к счетчику;
  • к ПО УСПД;
  • для изменения конфигурации УСПД;
  • к веб-серверу УСПД;
- поддержки протокола SSH (Secure Shell) V2 при конфигурировании УСПД;
- регистрации в журнале событий всех изменений в конфигурации УСПД с указанием времени и типа измененных параметров;
- поддержки протокола SFTP;
- автоматической блокировки опроса счетчиков УСПД при изменении конфигурационных параметров счетчика через его оптопорт;
- ограничения изменения времени УСПД в пределах суток;
- функции идентификации и протокола аутентификации с использованием однонаправленной хэш-функции MD5 для каждого соединения при передаче данных в системы верхнего уровня и в каскадных включениях УСПД;
- встроенного брандмауэра фильтрации пакетов с функцией трансляции сетевых адресов.


Веб-сервер

В веб-сервере RTU‑325M решается достаточно большое количество задач, в чем можно убедиться, ознакомившись с руководством по эксплуатации УСПД, размещенном на сайте компании (URL: http://www.izmerenie.ru/assets/files/Rykovodstvo_po_eksplyat_RTU-325M_1.pdf).


Заключение

Более полно со всеми функциями УСПД можно ознакомиться в руководстве по эксплуатации RTU‑325M.

Предложенное системное решение на базе RTU‑325M дает существенные преимущества, позволяя:
- практически по цене АСКУЭ реализовать элементы системы телемеханики и существенно повысить наблюдаемость подстанций за счет передачи в спорадическом режиме по протоколу ГОСТ Р МЭК 60870-5-104/101 телемеханических сигналов и сигналов телеизмерения (ТС и ТИ) о нештатных ситуациях;
формировать виртуальные ТС, описывающие нештатные ситуации (например, перекос фаз выше порогового значения), и передавать их в спорадическом режиме;
- повысить информационное КПД каналов связи с низкой пропускной способностью;
- обеспечить надежную передачу данных по сотовой связи (имеется возможность определять «зависание» модема, снижение скорости передачи данных и возобновлять сессию связи);
- работать одновременно по двум разным протоколам на две системы: АСКУЭ и СКАДА.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(54)_2014

Е.И. Лифанов, к. т. н., начальник отдела
системных решений для ВН и СН,
ООО «Эльстер Метроника», г. Москва,
тел.: (495) 730-0285,