Аппаратные решения для систем телемеханики подстанций электроснабжения

Опубликовано в журнале ИСУП № 4(88)_2020

В данной публикации представлены решения АО «ПИК ПРОГРЕСС» по созданию систем телемеханики подстанций электроснабжения с применением российского устройства контроля электрических присоединений УСО-ТМ КПР, промышленного контроллера УСО-К2-32-16-2Q и модулей ввода/вывода серий УСО-К и МИМ‑001. Рассматриваются два варианта структуры системы телемеханики подстанций электроснабжения.

Скачать PDF

В борьбе за надежность электроснабжения

Надежность электроснабжения потребителей определяется эффективностью диспетчерского управления, объемом и достоверностью получаемых параметров, достаточных для оценки оперативной ситуации и выработки управленческого решения. Поэтому автоматизация энергетических объектов в последние годы приобретает всё большую важность, при этом особое внимание уделяется построению современных систем телемеханики подстанций электроснабжения.

Телемеханика (ТМ) – это контроль и управление объектами на расстоянии. Минимальный объем параметров подстанции включает в себя состояние коммутационных аппаратов, аварийно-предупредительной сигнализации, значения питающего напряжения, электрической нагрузки присоединений. Источниками этих данных могут быть удаленные устройства ввода/вывода, устройства релейной защиты и автоматики, измерительные преобразователи, счетчики электроэнергии, устройства локальной автоматики и др.

А так как аппаратура ТМ не только сама является источником информации, но и служит связующим звеном при получении информации из других источников, то к ее надежности, отказоустойчивости, простоте обслуживания во время эксплуатации предъявляются повышенные требования. При этом современные рыночные условия требуют использования недорогих, надежных, удобных и функциональных средств автоматизации.

Концепция ПТК «Космотроника»

ПИК ПРОГРЕСС – российская компания, производящая оборудование ТМ подстанций с 1991 года, предлагает решение данной задачи на основе аппаратного и программного обеспечения, входящего в программно-технический комплекс (ПТК) «Космотроника». Комплекс зарекомендовал себя в нефтегазовой отрасли, где расстояния между объектами автоматизации порой превышают 100 км при полном отсутствии сотовой связи и интернета. Наличие большого количества доступных каналов связи, в том числе радиоканала, позволяет интегрировать в единую АСУ ТП все энергообъекты предприятия, работающие в условиях Крайнего Севера.

Оборудование функционирует в расширенном диапазоне рабочих температур от –40 до +60 °C, обеспечивается резервным питанием, «горячим» и «холодным» резервированием, синхронизацией времени с точностью 1 мкс. Поскольку оно размещено в специализированном пылевлагозащищенном шкафу, его можно эксплуатировать в условиях низких и высоких температур, под воздействием влаги и электромагнитного излучения.

Построение распределенной системы телемеханики подстанции на базе УСО-ТМ КПР

На рис. 1 изображена обобщенная типовая структурная схема распределенной системы телемеханики трансформаторной подстанции. Шкаф-контроллер телемеханики осуществляет обработку информации и передачу данных на верхний уровень. Для измерения электрических параметров присоединений и выполнения команд телеуправления применен контроллер присоединения УСО-ТМ КПР (рис. 2). Данный прибор представляет собой законченный узел распределенной системы телемеханики. Он выполняет функции счетчика технического учета активной и реактивной электроэнергии и анализатора гармоник се­ти. Позволяет регистрировать аварийные события и электрические процессы, осуществлять трехфазные измерения электрических параметров сети, а также выполнять функции информационного мультиплексора. При необходимости может выступать в ро­ли связующего звена между подключенными к нему счетчиками электроэнергии ли­бо другим оборудованием с интерфейсом RS‑485. Встраивание в системы других производителей обеспечивается поддержкой МЭК 60870-5-104, Modbus RTU/TCP.

Рис. 1. Типовая структурная схема распределенной системы телемеханики трансформаторной подстанции

Рис. 2. Контроллер присоединения УСО-ТМ КПР

Отличительной особенностью устройства является возможность организации «кольцевого» обмена данными. Каждый контроллер присоединения УСО-ТМ КПР имеет два Ethernet-порта, предназначенных для последовательного соединения приборов в замкнутую цепь посредством сети Ethernet, что увеличивает отказоустойчивость канала обмена при передаче данных. Возможно и обычное (радиальное) подключение к контроллеру по сети либо по линии RS‑485.

Решения по созданию централизованной системы телемеханики на базе УСО-К2-32-16-2Q

Часто ввиду отсутствия свободного места в шкафу ячейки ПС разместить там во время реконструкции контроллер присоединения или другое оборудование не представляется возможным. В этом случае необходимо использовать для сбора информации о нагрузке присоединения и уровне питающего напряжения установленные там раньше, до модернизации, счетчики электроэнергии. Для решения задачи телемеханизации подстанции тогда можно использовать централизованную структуру сбора данных, изображенную на рис. 3.

Рис. 3. Централизованная структура сбора данных

В качестве контроллера телемеханики в данной схеме применен промышленный контроллер УСО-К2-32-16-2Q (рис. 4), построенный на процессоре AM3358 (32 бита, 600–1000 МГц), с памятью 512 МБ и дополнительной флеш-памятью 4 МБ. Данное устройство обладает всеми возможностями УСО, позволяя измерять сигналы постоянного тока 4–20 мА (16 каналов), считывать состояния сухих контактов и подсчитывать импульсы (32 канала), передавать команды телеуправления (2 канала), а также передавать результаты измерения по различным интерфейсам с гальванической развязкой. Аналоговые и дискретные входы защищены от импульсных перенапряжений. Четыре канала RS‑485 защищены от импульсных высоковольтных перегрузок в интервале 8/30 мкс и с амплитудой до 1000 В. Встроенная в контроллер исполняющая система обеспечивает реализацию технологических алгоритмов, заложенных в прибор с помощью специализированного ПО, входящего в поставку. Для конфигурирования устройства используется флеш-карта microSD. Интеграция с системами сторонних производителей обеспечивается благодаря поддержке OPC UA, Modbus RTU и ГОСТ Р МЭК 870-5-104-2001. Возможна также установка исполняющей среды MasterSCADA 4D.

Рис. 4. Промышленный контроллер УСО-К2-32-16-2Q

Если необходимо организовать доступ к оборудованию разных систем, контроллер обеспечивает «прозрачный» канал доступа. Как показано на рис. 3, кроме комплекса телемеханики данные со счетчиков электроэнергии получает система АИИС КУЭ. При этом у счетчиков может не быть второго интерфейса. В основное время производится сбор информации со счетчиков для целей телемеханики, но при получении запроса на TCP-соединение между сервером АИИС КУЭ и контроллером для опроса счетчиков, обмен прерывается и нужный порт RS485 предоставляется внешней системе.

Рис. 5. Коммуникационный модуль МИМ001

Хотя у контроллера УСО-К2-32-16-2Q и так вполне приличные возможности, за счет модулей ввода/вывода серии УСО-К и коммуникационных модулей МИМ‑001 (рис. 5) данное решение становится еще более гибким. Серия УСО‑К состоит из нескольких модулей, позволяющих расширить количество дискретных или аналоговых сигналов (табл. 1). Конвертеры интерфейсов МИМ‑001 обеспечивают расширение количества последовательных линий, защищенных от импульсных помех (до 5 кВ), а также добавляют беспроводной канал передачи данных 3G (табл. 2).

Таблица 1. Модули ввода/вывода УСО-К

Таблица 2. Конвертеры интерфейсов МИМ001

Заключение

Устройство контроля присоединения УСО-ТМ КПР и промышленный контроллер УСО-К2-32-16-2Q являются экономически привлекательными и высокотехнологичными отечественными устройствами для построения систем телемеханики. Благодаря доступности разнообразных модулей расширения каналов ввода/вывода, а также развитому программному обеспечению, данные устройства найдут широкое применение как в проектах телемеханизации подстанций электроснабжения, так и в более крупных распределенных системах АСУ ТП.