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 —40oС до +70oС. 
      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 1 секунды. 
      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 Uн=60В, диапазон (0—2)Uн, или межфазные напряжения с действующим номинальным значением Uн=100В, диапазон (0—2)Uн. 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 Iн=1А, диапазон (0—20)Iн, 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 
Рис.1 — Вид экрана программы—регистратора аварийных процессов. Результат расчета расстояния до аварии

 

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

 

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

 

Рис.4 
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .+5oС... +50oС, —10oС... +60oС, 
—40oС... +70oС 
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.