Пример внедрения ДЭП-систем в электрических сетях

Опыт внедрения автоматизированной системы учета электроэнергии и телемеханики в электрических сетях г. Саров.

В настоящее время в электрических сетях происходит замена оборудования телесигнализации (ТС), телеуправления (ТУ) и телеизмерения (ТИ), выработавшего срок своей службы, устаревшего морально и снятого с производства, на современные программно-технические комплексы (ПТК), позволяющие не только полностью заменить старые системы, но и выйти на совершенно иной уровень и идеологию в вопросе решения задач контроля и управления процессами передачи, преобразования и распределения электроэнергии

В данной статье авторы постарались рассказать о том, какое развитие получила вновь установленная система ТС, ТУ и ТИ в электрических сетях 110/35/6 кВ г.Саров на базе информационного измерительного и управляющего комплекса ДЕКОНТ фирмы ДЭП г.Москва (далее комплекса ДЕКОНТ)

Внедрение. Установленный комплекс заменил систему ТС, ТУ и ТИ трёх главных питающих подстанций (ГПП) напряжением 110/35/6 кВ и систему ТС на пятнадцати трансформаторных подстанциях (ТП) 6/0,4 кВ, а также систему АСКУЭ на базе КТС «Энергия».

Старая система на ГПП была выполнена на базе произведённых в 80-х годах блоках ТМ-800, а система ТС на ТП была разработана в 80-х годах специалистами службы РЗиА ЦЭС на базе микросхем ТТЛ. Связь с диспетчерским пунктом обеих систем осуществлялась по выделенным двухпроводным линиям связи (ЛС). Необходимость замены была обусловлена:

• полным физическим износом материальной части обеих систем, что вызывало постоянно возрастающее время на обслуживание и ремонт, а также увеличение времени отсутствия информации,
• сложностью исполнения оборудования, требовавшего постоянного обслуживания специалистом,
• малой информативностью обеих систем,
• невозможностью увеличить количество сигналов из-за прекращения производства аппаратуры ТМ-800 и значительными сложностями при наращивании количества сигналов на ТП, связанными с индивидуальной разработкой блоков для каждой новой ТП и доработкой на щите отображения в диспетчерском пункте,
• полным моральным износом применённого оборудования.

Старая система АСКУЭ на базе КТС «Энергия» г.Пенза, установленная в 1995 г. включала в себя электрические счетчики активной и реактивной энергии вводов и отходящих линий 6, 35 кВ трёх ГПП. Кроме показаний счетчиков система выдавала примерную картину нагрузки линий и вводов, пропорциональную динамике получения импульсов при фиксированном среднем сosφ, что помогало диспетчеру в ведении режима сети.

Эта система была построена на устройствах сбора данных (УСД) Е 443М и основным существенным недостатком её был принцип сбора информации, основанный не на вычитывании данных непосредственно из счетчиков, а на обработке количества и динамики импульсов, полученных от импульсных выходов, которые в ПК диспетчера пересчитывались в показания. В связи с этим, выход из строя или ухудшение качеств одного из звеньев передачи информации (импульсного выхода счётчика, линии связи счётчика с УСД, УСД, телефонной линий связи между УСД и платой ввода в ПК, платы ввода ПК, ПК, программного обеспечения) влекло за собой потерю данных.

Восстановление утерянной информации в ПО КТС «Энергия» в этом случае возможно лишь частично, и, так как данная система не обеспечивает запрос показаний счётчиков, требует выезда персонала на подстанцию для снятия показаний и передачи их оператору ПК по телефону для коррекции. Но, и после проведения коррекции показаний счётчиков, происходит необратимая потеря графиков потребления в базе данных компьютера. В результате система АСКУЭ на базе КТС «Энергия» не только требовала постоянного обслуживания и верификации данных, производимых вручную, но и не отвечала современным требованиям предъявляемым к подобным системам типовыми инструкциями и РД, что не допускало её применение для коммерческого учета.

Внедрение комплекса ДЕКОНТ (монтаж, конфигурирование комплекса в аппаратном и программном обеспечении, отладка) осуществлялось силами службы РЗиА ЦЭС г.Саров при методической и консультационной поддержке фирмы- разработчика ДЭП г.Москва. Упрощенная структурная схема установленного комплекса представлена на рисунках 1, 2, 3.

Рис. 1. Блок-схема размещения оборудования на ДП

Рис. 2. Блок-схема размещения оборудования на ГПП

Рис. 3. Блок-схема размещения оборудования на ТП

Для связи с диспетчерским пунктом было решено использовались существовавшие выделенные двухпроводные ЛС. На данный момент комплекс охватывает три ГПП, пятнадцать ТП и включает в себя около 1400 физических дискретных сигналов, 50 аналоговых сигналов и 75 счетчиков. Диспетчер имеет возможность управлять всеми масляными выключателями (МВ) 6, 35, 110 кВ ГПП, а так же вводными и секционным МВ 6 кВ на ТП. Реализовано автоматическое вычитывание показаний счётчиков электроэнергии, установленных на ГПП.

ДЕКОНТ представляет собой современный полнофункциональный программно-технический комплекс, качество которого подтверждено многочисленными действующими проектами в различных отраслях. Вследствие этого авторы не описывают общеизвестные преимущества современного комплекса перед старыми системами, подробно осветив лишь наиболее интересные задачи, применительно к электрическим сетям 110/35/6 кВ.

Особенности. Особенностью конфигурации комплекса на ГПП является то, что, установив для сбора сигналов с каждого из двух трансформаторов и его секций по контроллеру (это наиболее соответствует технологии преобразования и передачи электроэнергии на ГПП) удалось решить проблему резервирования ЛС, организовав связь между контроллерами по интерфейсу RS-485. Таким образом, каждый из контроллеров обладает всей базой сигналов по ГПП и в случае выхода из строя одной из ЛС диспетчер обладает полной информацией по ГПП.

Решение задачи сигнализации замыкания на землю. В энергетике хорошо известна проблема неселективного действия устройств сигнализации замыканий на землю в сетях с компенсированной и изолированной нейтралью 6-10 кВ. Ячейки 6 кВ ГПП Сарова комплектовались устройствами сигнализации замыканий на землю с реле типа УСЗ-2/2 и УСЗ-3, на ТП подобная сигнализация в сетях 6 кВ вообще не предусматривалась. Принцип работы реле УСЗ-2/2 и УСЗ-3 основан на контроле токов высших гармоник, превышающих расчетную уставку при замыканиях на землю, что не позволяет однозначно определять повреждённые присоединения, и не исключает ложных срабатываний.

Негативным следствием являлось то, что для выделения повреждённого присоединения из числа тех, где сработала сигнализация и дальнейшей локализации возникшего замыкания на землю, дежурному персоналу требовалось производить поочерёдное отключение большого числа потребителей ГПП с последующим действием сетевой автоматики (АПВ – автоматическое повторное включение, АВР – автоматический ввод резерва). В результате:

• ухудшалось качество электроснабжения потребителей из-за штатных перерывов питания во время переключений и при действии сетевой автоматики,
• в случае несрабатывания автоматики перерыв питания потребителей увеличивался на время, необходимое для включения питания вручную (от нескольких минут до часа),
• требовалось большое количество времени на переключения при восстановлении нормальной схемы электроснабжения, после определения и локализации аварийного присоединения.

В процессе внедрения комплекса ДЕКОНТ, изучив принципы работы и технические характеристики отдельных блоков, специалисты службы РЗиА ЦЭС предложили разработчикам комплекса реализовать блок сигнализации замыканий на землю в сетях 6 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью. Разработанный в процессе сотрудничества блок DIN-16K интегрируется в комплекс ДЕКОНТ аналогично другим стандартным блокам. Он состоит из 2 каналов измерения напряжения 3Uо в обмотке разомкнутого треугольника измерительного трансформатора напряжения типа НТМИ, и 14 каналов измерения токов 3Iо. (Выполнен по 7 токовых каналов на 1 канал напряжения для возможности использования одного блока на обе секции ТП).

Измерительные цепи блока используют уже установленные трансформаторы тока и напряжения. Принцип работы DIN-16K основан на том факте, что в повреждённом присоединении при замыкании на землю мощность Ро направлена к шинам подстанции, а в неповреждённых от шин. Однозначность при определении аварийного участка заключается в том, что для повреждённого присоединения в первый полу период от момента возникновения замыкания на землю знаки 3Iо и d(3Uо)/d(t) всегда противоположны, а для неповреждённых совпадают. Возможность архивирования событий при неустойчивых замыканиях на землю (так называемых поклёвках) позволяет анализировать ситуацию и предвидеть процесс аварии, или восстанавливать ход её развития.

В настоящее время 17 блоков DIN-16K установлены на ТП и ГПП города Сарова в сетях 6 кВ с компенсацией ёмкостных токов, где успешно проходят опытную эксплуатацию. Применённый блок существенно снизил время локализации аварийного участка сети и уменьшил количество переключений, производимых диспетчерской службой, улучшив тем самым качество электроснабжения.

Переносной блок измерения. Снабжение качественной электроэнергией является одной из основных задач энергоснабжающей организации. Необходимый уровень напряжения у потребителей ТП 6/0,4 кВ где трансформаторы оснащены устройством регулирования напряжения без нагрузки (РБН) устанавливается регулятором устройства РБН. Положение регулятора выбирается исходя из нагрузки ТП на стороне 0,4 кВ и удалённости от ГПП.

Потребление электроэнергии в городских сетях имеет, в основном, сезонный характер с периодами максимальной нагрузки, и, как следствие, минимального напряжения и периодами минимальной нагрузки с максимальным напряжением. Исходя из вышеизложенного для контроля над уровнем напряжения и возможной перегрузкой трансформаторов «Правила Технической Эксплуатации» предписывают организацию замеров тока и напряжения в чесы максимума и часы минимума потребления. На практике производятся почасовые замеры электрических параметров в течение суток способом ручного сбора показаний щитовых приборов монтёром, обходящим группу ТП.

Качество подобных замеров и суточный интервал не всегда достаточны для анализа режима работы оборудования и характера графика потребления. Поэтому была поставлена задача создания компактного переносного устройства, фиксирующего и сохраняющего с 15-ти минутным интервалом токи и напряжения за время от 1 недели до 1 месяца. Устройство с заданными параметрами реализовали на основе 3-х компонентов комплекса ДЕКОНТ: блока питания, блока ввода стандартных аналоговых сигналов AIN-16 и контроллера ДЕКОНТ-182.

Универсальность созданного устройства заключается в возможности одновременного подключения как цепей измерения напряжения фаз, так и измерения нагрузки при помощи токоизмерительных клещей и через трансформаторы тока. Согласование стандартных каналов блока AIN-16 с измеряемыми параметрами реализует плата разработанная силами службы РЗиА ЦЭС.

В настоящее время устройство успешно используется для снятия электрических параметров на ТП в ситуациях, требующих подробной информации (ответственные потребители), в случае жалоб потребителей на качество электроэнергии и экстренных случаях, а также при плановых замерах. Полученные данные обрабатывается после снятия устройства с ТП при помощи программного обеспечения из состава комплекса, позволяющего выводить архивированную в контроллере информацию в виде таблиц и графиков. Контроллер созданного блока оснащён модемной платой для выделенной ЛС и обеспечивает, при наличии ЛС на ТП, получение графиков с любым интервалом в течении любого времени.

Локальная автоматика. Изначально комплекс ДЕКОНТ проектировался и внедрялся в качестве системы ТС, ТУ и ТИ, где программируемые контроллеры серии ДЕКОНТ-182 использовались только для сбора, хранения и передачи информации. Изучив возможности создания алгоритмов локальной автоматизации, записываемых в контроллер, было решено реализовать задачу АВР 6 кВ на ТП и автоматику регулирования под нагрузкой (РПН) напряжения силовых трансформаторов 110/6 кВ на ГПП.

Преимущество АВР с использованием контроллера заключается в возможности полного отказа от электромеханических реле и большего количества соединительных проводов, существенно повысив этим надёжность функционирования схемы АВР. Задача реализации РПН возникла на фоне замены применявшихся для этой цели и выработавших срок своей службы блоков БАР (блок автоматического регулирования). Выполненные на старой элементной базе БАР требуют периодической подстройки и связанного с этим выезда на подстанции бригады для выполнения операций по проверке и подстройке. Кроме того, закупка и гарантийный ремонт блоков затруднён из-за производства их в Прибалтике. Для создания АВР и РПН использовались уже существующие в составе комплекса ДЕКОНТ каналы ТИ и ТС состояний оборудования, необходимо было лишь написать алгоритмы функционирования и дополнить комплекс блоками управления.

Алгоритмы локальной автоматики комплекса ДЕКОНТ создаются в среде ПО Diveloper, основу которого составляет графический язык программирования, состоящий из диаграмм и функциональных блоков. Язык соответствует мировому стандарту IEC-1131, обладает интуитивно-понятным интерфейсом, и, не требуя высокого уровня подготовки, доступен грамотному технологу.

В данный момент на базе комплекса ДЕКОНТ в сетях ЦЭС г. Сарова успешно функционируют 14 схем АВР 6 кВ и 4 схемы автоматики РПН, в стадии монтажа и отладки и 1 схема АВР 6 кВ и 2 схемы автоматики РПН. С учётом таких возможностей комплекса ДЕКОНТ, как архивирование, телесигнализация, телеуправление и непрерывная диагностика, решение задач АВР и РПН позволило диспетчеру улучшить качество контроля и управления процессами сети. Возможность совмещения в едином комплексе функций телемеханического контроля, управления, измерения и учета, а также локальной автоматики позволяет существенно снизить суммарные затраты как при монтаже так и в процессе эксплуатации системы.

Реализация блока защиты автоматики и измерения электрических параметров. Успешный опыт взаимодействия специалистов службы РЗиА ЦЭС и разработчиков комплекса ДЕКОНТ фирмы ДЭП при создании блока DIN-16K сигнализации замыканий на землю в сетях 6 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью, получил дальнейшее развитие в идее реализации блока защиты автоматики и измерения электрических параметров RZA-33 (далее блока защиты) в составе комплекса. Разработка блока RZA-33 происходит на фоне реконструкции секции 6 кВ одной из ГПП, заключающейся в замене всего первичного и вторичного оборудования, установленного в 50-60-х г.г. прошлого века. Блок защиты предназначен для комплексного решения следующих задач присоединений и вводов сетей 6-35 кВ:

• 3-х ступенчатая ненаправленная максимальная токовая защита (МТЗ) с 4-мя вариантами времятоковых характеристик,
• ускорение защиты при включении выключателя,
• автоматика резервирования отказа выключателя (УРОВ), автоматическая частотная разгрузки (АЧР), АПВ, АВР,
• сигнализация однофазных замыканий на землю,
• измерение фазных токов и напряжений, тока и напряжения нулевой последовательности, сosφ, частоты основной гармоники сети, активной и полной мощности,
• учет электроэнергии – активной положительной и отрицательной, реактивной при активной положительной и отрицательной,
• архивирование аварийных событий, регистрация максимальных токов и минимальных напряжений во время аварийных событий,
• местное и дистанционное включение и отключение, контроль готовности цепей управления,
• интеграция в современные ПТК через интерфейс RS-485,
• непрерывный анализ исправности диагностическим ПО (стандартным для всей номенклатуры блоков комплекса) и удаленное считывание верхним уровнем параметров диагностики.

В настоящее время 2 блока RZA-33 находятся в опытной эксплуатации в качестве резервной защиты на линиях 35 кВ ГПП.

Реализация блока защиты RZA-33 и его применение на вводах и отходящих линиях ГПП упростит технологию проверки защит, уменьшив тем самым трудозатраты обслуживания, позволит реализовать многофункциональность, существенно повысит надежность в сравнении с защитами на электромеханических реле и позволит отказаться от использования счетчиков технического учета электроэнергии.

Блоки защиты RZA-33, являясь важнейшим элементом функционирования электрической сети, становятся основным устройством в конфигурации комплекса – точками глубокого интегрирования в технологический процесс передачи, преобразования и распределения электроэнергии. Создание подобного блока в составе комплекса ДЕКОНТ изменит идеологию построения системы ТС, ТУ и ТИ для электрических сетей.

С применением блока RZA-33 на ГПП изменится конфигурация и состав комплекса ДЕКОНТ ЦЭС г. Сарова, увеличится его информативность, а благодаря большому количеству функций и возможностей RZA-33, высвободится около 30 блоков различного назначения (сбор ТС, ТИ, выдача ТУ), которые будут использованы для развития комплекса.

В ближайшей перспективе внедренную систему планируется расширять и далее. Предполагается реализовать управление уличным освещением города, задачу АВР 0,4 кВ с восстановлением и полнофункциональную систему АСКУЭ.

Рис. 4. Размещение блоков РЗА-33.