Библиотека

Регистратор аварийных событий на энергообъектах

Автор: Виталий Махов, Игорь Лобас

Источник: Журнал "Электроэнергетика". − 1997. − №1. − стр. 76-79  
http://www.cta.ru/Issues/239823.htm

С появлением на Российском рынке IBM PC совместимых промышленных контроллеров высокого качества стало возможным в короткие сроки создавать высоконадежные и экономичные автоматизированные системы контроля и управления для энергетических объектов (энергосистем) снабжающих предприятий и потребителей энергии. Важнейшими объектами, определяющими надежность, «живучесть» и экономичность энергосистем, являются подстанции. Большое число устройств сложной релейной защиты и комплексной противоаварийной автоматики требует постоянного контроля правильности их работы. Актуальной задачей на таких подстанциях остается быстрый анализ аварийных ситуаций на подстанции и прилегающей сети. Решить подобные задачи призван цифровой аварийный осциллограф для регистрации электрических событий (ЦАО РЭС-01), разработанный Институтом машиноведения УрО РАН и фирмой «Прософт-Е» совместно с Сургутской ГРЭС-2.
      Основное назначение ЦАО РЭС-01 — сбор, первичная обработка и архивирование эксплуатационно-технологических параметров как аварийных процессов, так и штатных процессов в основном оборудовании ГРЭС и энергетических объектах электроснабжающих предприятий и потребителей сетей. ЦАО РЭС-01 эксплуатируется на Сургутской ГРЭС-2 в составе аппаратуры релейной защиты и автоматики (РЗА) на открытом распределительном устройстве ОРУ-500.
      Применение высоконадежных IBM PC совместимых контроллеров линии MicroPC позволило обеспечить параметры прибора на уровне лучших зарубежных аналогов, большую наработку на отказ (свыше 50000 часов), широкий температурный диапазон, легкую разработку и модификацию программного обеспечения. Смена программы-регистратора производится с диспетчерского компьютера перепрограммированием флэш-памяти прибора в течение нескольких минут, используя встроенные в контроллер утилиты. Все основные характеристики каналов измерения прибора задаются с диспетчерского компьютера. Выпускаются модификации прибора с рабочим диапазоном температур от -40^oС до +70^oС.
      На базе ЦАО РЭС-01 могут быть построены АСУ для подстанций с числом подсоединений от 1 до 20. Гибкая модульная структура регистратора позволяет легко подстраивать его для различных вариантов организации АСУ подстанции. Основной вариант – один регистратор на одну линию – может быть трансформирован в вариант с одним регистратором на две, три или четыре линии. Число дискретных входов также может меняться в широких пределах относительно базового варианта.
      Вариант исполнения с одним регистратором на одно присоединение является наиболее целесообразным, так как уменьшается протяженность кабелей для подводки регистрируемых каналов и повышается «живучесть» системы. Регистраторы объединяются между собой по схеме «общая шина» или «звезда» и работают независимо от состояния других регистраторов и диспетчерской ПЭВМ.
      Основным преимуществом ЦАО РЭС-01 перед другими отечественными регистраторами являются его надежность, гибкость, относительно малая стоимость (менее $200 на канал при 32 аналоговых каналах), но главное – это разрешающая способность по времени – 40-60 точек на период промышленной частоты при точности 0,025%. Такая разрешающая способность позволяет регистрировать самые небольшие изменения нагрузки, что, в свою очередь, позволяет анализировать аварийную ситуацию более качественно и быстро. ЦАО РЭС-01 легко вписывается в АСУ электростанции.
      ЦАО РЭС-01 выполняет все основные функции известных аварийных осциллографов и регистраторов, включая автоматический расчет расстояния до места повреждения.
      Главной функцией ЦАО РЭС-01 является измерение с частотой 2 кГц текущих значений аналоговых и дискретных сигналов, анализ их на соответствие заданным значениям и запись в энергонезависимое ОЗУ. Все остальные функции – передача по запросу диспетчера текущего состояния, формирование файла аварии и протокола аварии — выполняются в прозрачном режиме в оставшиеся промежутки времени без потери регистрируемой информации. В регистраторе предусмотрены все меры, чтобы независимо от его работы и сложившейся ситуации информация о процессах и событиях, происходящих на энергообъектах, была зарегистрирована, сохранена и передана на диспетчерский компьютер.
      Связь диспетчерского компьютера и регистратора может быть организована с помощью следующих интерфейсов:

1. интерфейс RS-485 обеспечивает скорость передачи данных до 115200 бод. Приборы подключаются по схеме «общая шина» параллельно к двухпроводной витой паре с волновым сопротивлением 100 Ом длиной не более 1200 м. Количество регистраторов на одну шину – не более 32. Расстояние и число подключенных регистраторов может быть увеличено в 5 раз путем применения повторителей;
2. для соединения одного регистратора с диспетчерским пунктом возможно использование интерфейса RS-232 при длине соединительного кабеля не более 50 м;
3. интерфейс Ethernet обеспечивает скорость обмена 10 Мбит/с по коаксиальному кабелю или витой паре на расстоянии 185 м без применения повторителей. Количество регистраторов на одну шину – не более 30;
4. для связи на большие расстояния используется модем, подключенный к телефонной линии, или радиомодем при передаче данных по радиоканалу.

Запуск ЦАО РЭС-01 для регистрации аварийного режима производится автоматически. Уставки задаются пользователем по любому каналу с помощью программы-диспетчера и сохраняются при отключении регистратора. Уставки могут задаваться во всем диапазоне входного сигнала с погрешностью не более 1% полной шкалы. Предусмотрены следующие виды запусков:

• по превышению уставки любого аналогового канала;
• по принижению уставки любого аналогового канала;
• по срабатыванию любого дискретного канала;
• по одновременному срабатыванию нескольких каналов по логике «И».

Для каждой аварии фиксируются дата и время с точностью до 1секунды.
      Данные об авариях хранятся в энергонезависимом запоминающем устройстве (ЗУ), защищенном от воздействия сильных магнитных и электрических полей. Время хранения информации при выключении питания – не менее 3 лет.
      Емкость ЗУ обеспечивает запись процессов с суммарной длительностью не менее 40 секунд (например, 20 аварий продолжительностью по 2 секунды) и может быть увеличена для записи процессов продолжительностью до 1 часа.
      Предусмотрена возможность задержки запуска осциллографа, то есть отстройки от коротких импульсов, длительность которых устанавливается с помощью программы-диспетчера в диапазоне от 1 до 20 миллисекунд с шагом 1 миллисекунда.

Входные сигналы

Входными сигналами регистратора являются:

• фазные напряжения относительно общего нуля с действующим номинальным значением U_н=60В, диапазон (0-2)U_н, или межфазные напряжения с действующим номинальным значением U_н=100В, диапазон (0-2)U_н. Подключаются к модулям ввода напряжений клеммного соединителя;
• трехфазная система напряжений с приведенными ранее параметрами для выделения обратной последовательности подключается к модулям выделения напряжения обратной последовательности клеммного соединителя;
• токи от измерительных трансформаторов тока или других источников с действующим номинальным значением I_н=1А, диапазон (0-20)I_н, подключаются к модулям трансформаторов тока клеммного соединителя, изготавливаемым из аморфного магнитного материала. Точность измерения 0,1 %. Могут быть поставлены датчики тока на эффекте Холла или магниторезистивные. Обеспечивается гальваническая развязка каналов;
• дискретные сигналы устройств релейной защиты и автоматики или других источников в виде сухих контактов реле. Дискретные каналы гальванически развязаны от всех других цепей регистратора, в том числе от корпуса и источников питания.

По заказу поставляются модули на другие напряжения и токи с гальванической развязкой аналогового канала.

Программное обеспечение

Программные средства для регистратора состоят из программы осциллографа, функционирующей в регистраторе, и диспетчерской программы, устанавливаемой на рабочем месте диспетчера (рис. 1-4).

Рис.1 - Вид экрана программы-регистратора аварийных процессов. Результат расчета расстояния до аварии

Рис.2 - Общий вид экрана программы-регистратора аварийных процессов

Рис.3 - Вид экрана программы-регистратора аварийных процессов с увеличением характерных каналов

Рис.4 - Пример меню для распечатки аварии на принтере

Технические характеристики регистратора аварийных событий ЦАО РЭС-01

Число контролируемых присоединений . . . . . . . . . . . 1 (2)
        Число аналоговых входов на одно присоединение . . 16 (32)
        Число дискретных входов на одно присоединение . . 32 (64)
        Точность измерения аналоговых сигналов . . . . . . . . .0,025%
        Верхняя частота измеряемого сигнала . . . . . . . . . . . . не менее 800 Гц
        Частота сканирования сигналов* . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 кГц
        Максимальное время регистрации
        предаварийного режима** . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .не менее 10 с
        Максимальное время регистрации
        после аварийного режима** . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . не менее 40 с
        Напряжение питания*** . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120–370 В постоянного тока,
                                                                                                         85–264 В переменного тока
        Стойкость к механическим воздействиям . . . . . . . . . . 5g вибрация, 20g удар
        Рабочий диапазон температур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .+5^oС... +50^oС, -10^oС... +60^oС,
                                                                                                       -40^oС... +70^oС
      Относительная влажность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5%... 95%
        Масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .не более 10 кг
        Среднее время наработки на отказ . . . . . . . . . . . . . . . .50000 час.
        Среднее время восстановления . . . . . . . . . . . . . . . . . . .не более 30 мин.
        Гарантийный срок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 года

* Может быть увеличена до 3 кГц.
        ** Может быть увеличено до 1 часа. Минимальное значение и шаг установки — 100 мс.
        *** Блок питания автоматически распознает параметры питающего напряжения.

Диспетчерская программа выполняет следующие функции:

1. диалог с оператором с использованием меню;
2. установка параметров осциллографа, таких как уставки срабатывания, длительности регистрируемых процессов, имена каналов и т. д.;
3. прием информации о текущем состоянии каналов и аварий;
4. архивирование процессов и просмотр полученных файлов;
5. графическое отображение процессов в виде осциллограмм с возможностью для оператора манипулировать ими;
6. вывод амплитуды, действующего значения, частоты, сдвига фаз между каналами в точке просмотра;
7. расчет расстояния до места повреждения при аварии;
8. распечатка на принтере выбранных оператором каналов в заданные интервалы времени с возможностью указания действующих значений.

Программное обеспечение может быть скорректировано с учетом требований заказчика. Могут быть введены такие новые функции, как контроль ресурса высоковольтных выключателей, контроль параметров системы возбуждения генератора и т. п.

Конструкция

Конструктивно ЦАО РЭС-01 выполнен в виде двух блоков: электроники и клеммных соединителей.
      Конструкция регистратора допускает расширение функций за счет замены модулей или увеличения их количества.
      Предусматривается возможность быстрой замены входных аналоговых модулей одного типа на модули другого типа, а также замены на модули с другими номиналами напряжения и тока, в том числе с гальванической развязкой.
      Конструкция обеспечивает удобство обслуживания и ремонтопригодность технических средств. Ремонт и модификация регистратора могут производиться на объекте заказчика с использованием одиночного или группового ЗИП штатными работниками КИП, прошедшими подготовку у изготовителя.