Реферат

RUS ENG

Олександр Володимирович Сухоруков

Електротехнічний факультет
Кафедра електричних систем
Спеціальність «Електричні системи та мережі»

Розробка технічного завдання на створення системи управління електричними мережами ПАО «ДТЕК ПЕС-ЕНЕРГОУГОЛЬ» з використанням SCADA систем

Навчальний керівник: к.т.н, доц. Дмитро Вікторович Полковниченко

Введення
Актуальність
Опис обекта дослідження
Ймовірні шляхи вирішення
Формулювання завдань для досягненя мети
Системи SCADA
Вимоги до готової роботи
АРМи служб
Автоматизація аналізу аваріних процесів
Висновки
Перлік посилань

Введення. Однією з основ функціонування економіки і життєздатності населення в будь-якій країні світу є електроенергетика. Ускладнення існуючих технологій і поява нових у споживачів електричної енергії викликає необхідність розвитку систем електропостачання для забезпечення необхідного рівня надійності в нових умовах функціонування електроенергетичних об'єктів.
Актуальність. Розподільчі електричні мережі, як один з компонентів електроенергетичних систем (ЕЕС), характеризується найбільшою протяжністю, наявністю значної кількості трансформаторів, використанням електричного обладнання зі значним ступенем зношеності, відносно слабкою керованістю (відсутність автоматизації, не говорячи навіть про сучасне оперативне управління режимами, відсутність достатньої інформації об аварійних процесах, недостатня оснащеність пристроями управління та захисту).
Якість електроенергії багато в чому визначається властивостями споживачів, оскільки деякі з них часто є джерелами небажаних коливань. До таких споживачам, перш за все, відносяться потужні електрометалургійні установки, тягові підстанції та підприємства металообробки. При різких коливаннях нелінійного навантаження на шинах живлення мережі змінного струму можуть виникати скачки споживаємої реактивної потужності в кілька сотень МВАр/с і змінення з коефіцієнтом несинусоїдальності до 10 - 20%. Традиційні пристрої забезпечення якості електроенергії у більшості випадків виявляються неефективними.
Тому актуальним завданням для підвищення ефективності функціонування розподільчих мереж є впровадження автоматизованих систем управління технологічними процесами на основі сучасних інформаційних технологій. Інформація, що отримується в АСУ ТП підстанцій (АСУ ТП ПС) безпосередньо від об'єкта, є джерелом технологічного управління для всіх рівнів ЕЕС. Реалізація команд управління, вироблених на будь-яких рівнях управління, здійснюється також на підстанціях.
Відмінною рисою систем управління електромережевих об'єктів є комплексний підхід до вирішення всіх задач оперативного і технологічного характеру. Це передбачає інтеграцію в межах єдиного програмно-технічного комплексу всіх завдань захисту, регулювання, автоматичного управління, збору інформації, оперативного управління та виробничо-господарської діяльності.
Аналіз робіт в області автоматизації управління ЕЕС, особливо в ЕЕС за кордоном, показує, що використання Scada-систем дозволяє вирішувати технологічні завдання управління на якісно новому рівні з урахуванням особливостей цих потреб у сучасних умовах функціонування електроенергетичних об'єктів.

Так, загальносвітовою тенденцією розвитку АСУ ТП ПС є:
перехід від дистанційного телекерування підстанцією (RTU - Remote Terminal Unit) до інтегрованих систем управління, заснованих на використанні програмованих мікроконтролерів (Programmable Logic Controller - PLC) або персональних комп'ютерів (РС);
використання інтегрованих інтелектуальних електронних пристроїв (ІЕУ) (Intelligent Electronic Device - IED) для виконання функцій захисту, автоматики, вимірювань і оперативного управління;
використання різних SCADA-систем (Supervisor Control and Data Acquisition) для оперативного диспетчерського управління;
використання спеціальних розрахункових програм для управління та оптимізації режимів енергетичної системи (Energy Management System - EMS);
широке використання на підстанціях локальних мереж (Local Area Network - LAN);
широке використання принципів відкритих систем, що дозволяють повністю виключити залежність майбутнього розвитку системи від поставки технічних засобів або програмних продуктів певних фірм виробників;
широке використання стандартних протоколів для зв'язку з IED-пристроями, людино-машинного інтерфейсу (Human Machine Interface - HMI).

Інтегрування захисту, регулювання, моніторингу спільно з технікою локальних мереж і сучасними телекомунікаційними технологіями в даний час широко поширене на підстанціях дозволяє вирішувати завдання віддаленого контролю режиму (моніторингу), контролю правильності роботи захистів і автоматики, оперативної налаштування уставок, коригування навантаження, отримання аварійних даних, оперативної діагностики стану обладнання. Підвищення оперативності і точності управління при нових технологіях досягається при відносному зниженні витрат.
У ряді робіт з розвитку систем управління ЕЕС наголошується, що подальший розвиток технологічного управління пов'язане також з введенням нового стандарту МЕК на відкриті комунікації IEC 61850.
Слід зазначити, що проведення робіт по розвитку систем управління вимагає значних інвестицій. В умовах, коли інвестиції обмежені і існує необхідність заміни зношеного первинного електротехнічного обладнання, завдання ускладнюються.
До факторів, які необхідно враховувати при створенні інтегрованої системи управління, слід віднести розмаїття систем і пристроїв різних виробників, ступінь реалізації і облік в цій продукції перспективних технологій.
Таким чином, розробка проекту технічного завдання на створення інтегрованої системи управління є актуальним завданням, значною мірою визначає ефективність функціонування розподільних мереж.

Опис об'єкта дослідження

Виробничі потужності ПАТ «ДТЕК ПЕМ-Енерговугілля» [1] включає до себе 11 трансформаторних підстанцій 35-110 кВ і 384 одиниці розподільних пунктів 6-10 кВ сумарною потужністю 452 МВА, а також ліній електропередачі 110-0,4 кВ, протяжністю 1 224 км.
Основні клієнти компанії - підприємства вугільної, машинобудівної, легкої та харчової промисловості, а також комунальні та бюджетні організації, населення Донецька та Донецької області.
Велика частина устаткування, що експлуатується, і ліній електропередач морально і фізично застарілі, відпрацювали свій ресурс. Погіршення стану розподільчих електромереж призводить до аварійних ситуацій в регіонах країни. Брак фінансових ресурсів унеможливлює відновлення, модернізацію та реконструкцію діючих електричних мереж всіх класів напруги, а також будівництво нових ліній електропередачі.
На підприємстві експлуатується таке «стародавнє» обладнання як приводи з РТМ або РТВ, живлення вторинних ланцюгів змінним струмом по засобам БПТ і БПН, живлення вторинних ланцюгів випрямленою струмом, РЗА виконана на електромеханіці.
У той же час, ведеться активна реконструкція існуючих мереж та створення нових. Що стосується релейного захисту, за основу приймаються сучасні тенденції реалізації захистів на мікропроцесорних терміналах. На даному підприємстві в даний момент успішно функціонують термінали різних виробників: АББ, Реліс, Київприлад.

Рисунок 1 – Термінал релейного захисту та автоматики РЗЛ-01

Рисунок 2 – Термінал релейного захисту та автоматики РМ-100

Рисунок 3 – Термінал релейного захисту та автоматики ABB REF

Ймовірні шляхи вирішення
На даний момент на підприємстві відсутня яка-небудь телемеханіка. У ситуації, що склалася, для досягнення поставленої мети в кінцевому результаті планується створення microSCADA. Дане рішення дозволить пов'язати існуючі термінали в єдине ціле.
Для досягнення мети передбачається створити інформаційну модель підприємства. Створення моделі умовно можна поділити на три етапи [3]:
Етап 1. Створення інформаційних потоків. Включає в себе збір інформації по підприємству. У результаті повинна бути зібрана інформація про обладнанню (довідкові дані, нормативні документи), пристроїв РЗА (зв'язок з первинним обладнанням, типи захистів і уставки спрацьовування, вплив на об'єкт); з'ясовані особливості взаємодії обладнання та управління режимами. Вихідним продуктом повинен бути набір таблиць.
Етап 2. Інформаційно логічна модель. На даному етапі будуть створені зв'язки між таблицями, створеними на першому етапі.
Етап 3. Об'єднання всієї інформації воєдино. Результатом повинна стати база даних (БД).
В умовах обмеженості фінансування проекту, його доцільно розділити на кілька етапів у часі. У кінцевому рахунку, передбачається отримати АСУТП на базі комерційного пакета SCADA.

На проміжних етапах необхідно продумати забезпечення проекту програмно прикладним забезпеченням, яке повинно вирішувати наступні завдання:
аналіз і оптимізація існуючого режиму;
оперативне управління існуючими режимами;
формування журналу подій та тривог;
електронну систему ведення документів.

У даній роботі передбачається використання програмних розробок кафедри «Електричні системи та мережі», в яких передбачається реалізувати: журнал подій, фільтри, підтримка різного виду периферійного обладнання.
Важливим етапом розвитку є перехід до електронного ведення технічної документації. Особливо слід відзначити електронну організацію заявок за рахунок WEB технологій. У даний момент організація заявок на підприємстві здійснюється в «паперовому вигляді».

Формулювання завдань для досягнення мети

Проект на розробку технічного завдання щодо створення системи управління на основі Scada передбачається робити згідно з такими етапами:
а) загальний опис системи управління;
б) обгрунтування перспективних напрямків вирішення;
в) розробка інформаційної моделі підприємства на основі аналізу:
інформаційних потоків, що використовуються при управлінні підприємством;
технологічних завдань управління;
форм екранів, звітів і т.д.;
г) розробка алгоритмічного забезпечення для вирішення технологічних завдань.

Нижче запропонований можливий план для загального опису системи управління.
1. Загальні відомості
1.1. Повне найменування системи.
1.2. Скорочене найменування.
1.3. Пристрої - джерела поточної первинної інформації та системи збору і первинної обробки.
Сигнали поділяються на дискретні і аналогові. Джерелами аналогових сигналів є вимірювальні трансформатори. Джерелами дискретних сигналів є елементи схем управління вимикачами, пристроїв релейного захисту та протиаварійної автоматики.
1.4.1. Сигнали схеми управління вимикачами
Дискретні сигнали, що характеризують стан вимикача (включений, готовий до включення, відключений), а також стан ланцюгів управління (контроль ланцюга управління)
1.4.2. Сигнали пристроїв РЗ
Стандартними сигналами для пристроїв релейного захисту є: пуск РЗ, спрацьовування ступені релейного захисту.
1.4.3. Сигнали пристроїв протиаварійної автоматики управління командами на відключення, включення, заборона і т.д.
1.4.4 Пристрої телемеханіки.
1.4.4.1. Сигнали ТЗ
Сигнали положення комутуючих апаратів та підключення пристроїв протиаварійної автоматики:
АПВ, АВР, АЧР:
Аварійно-попереджувальна сигналізація.
Сигнали про спрацьовування пристроїв захисту і автоматики:
1.4.5. Цифрові реєстратори аварійних ситуацій РАС
1.4.6. Системи SCADA.
Слід зазначити, що робота ще не закінчена і план є попереднім: не виключена можливість додавання, редагування або видалення будь-якого з пунктів.

Системи SCADA.

В даний час при побудові АСУТП використовуються SCADA-системи [5].
Аналіз SCADA-систем дозволяє зробити висновок, що ці системи є багаторівневими ієрархічними (рис. 4). Нижній рівень цієї схеми становлять датчики, вимірювальні прилади, виконавчі механізми.

Рисунок 4 – Загальна схема управління виробництом

Наступний рівень схеми - контролери. Вони виконують функцію автоматичного керування технологічним процесом. Метою управління є видача сигналів на виконавчі механізми в результаті обробки даних про стан технологічних параметрів, отриманих за допомогою вимірювальних приладів, за певними алгоритмами.

Сервери технологічних даних забезпечують обмін інформацією між технологічними пристроями і мережею персональних комп'ютерів. Вони підтримують протокол роботи з технологічними пристроями і протокол роботи з мережею персональних комп'ютерів. Дані про поточні параметри технологічного процесу можуть бути використані для контролю стану технологічного процесу і управління ним з автоматизованих робочих місць операторів; для архівування історії зміни технологічних параметрів; для формування сумарних звітних форм з метою надання інформації керівному персоналу. У цій схемі, SCADA система представлена серверами технологічних даних та автоматизованими робочими місцями операторів.

Верхній рівень управління передбачає вирішення технологічних завдань управління, тобто розробки ІУС для локальних об'єктів ЕЕС. Ефективне вирішення завдань нижнього рівня SCADA-системами пов'язано зі значним прогресом в області обчислювальної техніки, програмного забезпечення і телекомунікації, що збільшує можливості і розширює сферу застосування автоматизованих систем.

Призначення та мета створення системи управління [6]:

забезпечення технологічної інфраструктурної функції електричної мережі на умовах рівних можливостей її використання всіма учасниками ринку електроенергії;
забезпечення стабільної та безпечної роботи обладнання електричних мереж, надійного електропостачання споживачів та якості електроенергії, що відповідають вимогам, встановленим нормативними актами, та вживання заходів для забезпечення виконання зобов'язань суб'єктів електроенергетики за договорами, укладеними на ринку електроенергії;
забезпечення договірних умов поставок електроенергії учасникам (і) ринку електроенергії;
забезпечення недискримінаційного доступу суб'єктів ринку електроенергії до електричної мережі при дотриманні ними Правил ринку, технологічних правил і процедур при наявності технічної можливості такого приєднання;
мінімізація мережевих технічних обмежень в економічно обґрунтованих межах;
зниження витрат на передачу і розподіл електроенергії за рахунок впровадження передових технологій експлуатаційного обслуговування та ремонту електромережевого обладнання, нової техніки та енергозберігаючих заходів.

Вимоги до готової роботи

Передбачається, що по закінченню написання роботи вона повинна відповідати на такі питання:

Основні напрями вирішення
Обгрунтування Scada
Очікуваний економічний ефект
Структура системи, компоненти
Структурна схема, функції компонент
Інформаційне забезпечення
Підсистема підтримки процесу прийняття рішення персоналом

АРМи служб

Практично всі SCADA пакети мають можливість створення автоматичних робочих місць (АРМ) для будь-яких служб. АРМ виконує наступні функції:

відображення інформації про стан об'єктів контролю (ТВ, ТЗ) на дисплеї в автоматичному режимі та за запитом оператора;
надання користувальницького інтерфейсу для організації взаємодії оператора з системою в частині діагностики та конфігурування АСУ;
надання користувальницького інтерфейсу для ручного введення інформації;
вивід інформації на друкуючий пристрій за запитом оператора.
розрахунку рівнів напруги в контрольних точках, яка призначена для збору статистики щодо порушень напружень у кожній контрольній точці;
контролю струмового навантаження трансформаторів струму, автотрансформаторів, ЛЕП, своєчасного оповіщення диспетчерського персоналу про аварійних перевищеннях струмових навантажень та оповіщення про можливі аварійні навантаженнях обладнання;

У першу чергу передбачається створення АРМ в розрізі служб диспетчерського управління і релейного захисту та автоматики (РЗА)
Основною формою відображення інформації на дисплеї АРМ є планшети різних типів (однолінійні мнемосхеми підстанцій, таблиці телеметрії, телемеханічних мережу, контроль навантаження та ін.) Кожен рівень напруги відображається на планшетах відповідним кольором.

Передбачається можливість виклику паспортної інформації по основних об'єктах підстанцій та мережі (трансформаторів, реакторів, вимикачі, роз'єднувачі, ділянок ЛЕП).

Автоматизація аналізу аварійних ситуацій
На більшості підстанцій ПАТ «ПЕМ-Енерговугілля», де РЗА виконана на мікропроцесорних терміналах, є цифровий реєстратор вбудованого в термінал. Реєстратор збирає дані від різних пристрої, включаючи лінії, і аналізує ці дані локально. Результати записуються і зберігаються в пам'яті термінала у форматі COMTRADE.

Рисунок 5 – Работа системи з SCADA

На одному з проміжних етапів передбачається створення системи управління на основі SCADA пакету. Передбачається створення умов для передачі результати аналізу, а також необроблених даних на центральний сервер в пункт управління у загальному форматі COMTRADE.
Можливості реєстраторів дозволяють обробляти отриману при аварії інформацію і складати повідомлення не в формі окремих сигналів, а у вигляді звітів опису аварійних ситуацій. Для цього потрібно завести в цифровий реєстратор дискретні та аналогові сигнали: дія вихідних реле основних і резервних захистів; контакти блок - шайб або реле, що вказують включений або вимкнений стан вимикачів; вихідних реле автоматики; реле блокування від багаторазових включень (РБМ), яке спрацьовує тільки при отриманні електричного виникаючого імпульсу; реле фіксації відключення вимикача (ФОР); реле фіксації відключення повітряної лінії електропередачі (фол ПЛ): струми в фазах, напруги фаз, струм в нулі і напруга на розімкнутому трикутнику.
Концепція експертної системи аналізу аварійної ситуації в електричній системі базується на наступних сформульованих аксіомах:

Перевірюється зміна амплітуд струму і напруги в країни 50 Гц. Зменшення напруги і збільшення фазних струмів у порівнянні з вихідними значеннями без зміни навантаження передбачає пошкодження фази (фаз).
Відсутність залишкового струму та напруги на розімкнутому трикутнику дозволяє визначити пошкодження типу міжфазного ушкодження, не пов'язаного з пошкодженням на землю, тобто пошкоджень типу фаза - фаза без контакту з землею.
Значні зміни амплітуд струмів і напруг на двох фазах з струмом в нулі і напругою на розімкнутому трикутнику мають на увазі наявність двофазного короткого замикання з землею.
Значні амплітудні зміни амплітуд струмів і напруг у всіх фазах без струму в нулі та напруги на розімкнутому трикутнику є ознакою трифазного КЗ.
Амплітудні зміни в струмі й напрузі в специфічній фазі з струмом в нулі і напругою на розімкнутому трикутнику є ознакою замикання однієї фази на землю.
Загальні зміни огинають напруги і струму на увазі початок наступу пошкодження при без струмової паузі у разі успішного або неуспішного АПВ.
Великі зміни частоти обумовлені порушенням балансу між генеруємою потужністю і споживаною навантаженням у вузлах мережі.
Якщо відбулося спрацьовування реле без наявності ознак ушкодження, це означає початок можливої несправності системи релейного захисту.
Якщо пошкодження не викликає за собою роботу релейного захисту, то це є ознакою виходу з ладу або збою захисту.
Якщо релейний захист працював, змінився стан блок - контакту вимикача, але моніторинг підтверджує подальше протікання струму, це може означати несправність вимираючого пристрою вимикача. Мимовільна зміна положення блок-контакту не може служити підтвердженням успішного розмикання пошкодженої ланцюга. Визначення ушкодження може бути складно роботою механізму розмикання.

Рисунок 5 – Регістрограма Comtrade

Висновки

Робота над проектом ще не закінчена, проте план роботи вже намічено. На даний момент проведено поверхневий аналіз об'єкта управління, намічені попередні шляхи вирішення.

Перелік посилання

ПАО «ДТЕК ПЭС Энергоуголь» [електроний ресурс]. Режим доступу ПАО «ДТЕК ПЭС Энергоуголь»
Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И., Малый А.С. Определение мест повреждений линий электропередачи по параметрам аварийного режима. / Под ред. Г.М.Шалыта. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983.
Заболотный И.П., Павлюков В.А Применение компьютерных технологий для управления электрическими системами.// Технiчна електродинамiка, спецiальний випуск, 1998 – С. 90-99
Заболотный И.П., Павлюков В.А. Автоматизированная система оперативного управления локальными объектами электрических систем. Збірник наукових праць Донецького державного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика 21: Донецьк: ДонГТУ, – 2000. – С. 25-28.
Статья из энциклопедии "Wikipedia" – Scada. [електронний ресурс]. Режим доступу http://ru.wikipedia.org/~/SCADA
Заболотный И.П., Павлюков В.А Применение компьютерных технологий для управления электрическими системами.// Технiчна електродинамiка, спецiальний випуск, 1998. – С. 90-99
В. Э. Воротницкий Повышение эффективности управления распределительными сетями./ журнал «Энергосбережение» №10-юбилейн/2005

Резюме

Біографія