Разработка автоматизированной системы управления энергохозяйством Сосногорского ЛПУМГ

Для технического учета  электрической энергии используются вычисляемые в реле значения активной и реактивной мощности.

 

1.3 Разработка автоматизированной системы управления электроснабжением КС-10

 

1.3.1 Цель создания АСУ-ЭС

Целью разработки АСУ-ЭС является создание системы решающей следующие задачи:

• обеспечение высокого уровня автоматизации контроля, управления и защиты электрооборудования за счет высокой надежности АСУ на базе микропроцессорной техники,
• повышения надежности и экономичности работы оборудования за счет оптимизации технологических процессов, сокращения времени обнаружения неисправностей за счет диагностики и информации об отказах, уменьшения времени простоев оборудования после аварийных остановов и в ремонте,
• улучшение условий и производительности труда эксплуатационного персонала за счет повышения информированности о ходе технологических процессов и работе оборудования, качества формирования и анализа оперативной и архивной документации,
• обеспечение обмена информацией в реальном масштабе времени с более высоким уровнем АСУ-Э (связь с диспетчерской N1), через которую осуществляется связь с уровнем АСУ ТП.

Автоматизированная система  управления электроснабжением КС-10 представлена на выносном чертеже 2.

Краткая характеристика объектов автоматизации

Объектами автоматизации  являются:

• центральная распределительная подстанция (ЦРП-10 кВ);
• КТП-10/0,4 кВ цеха №1 (ТП-1), АДЭС АС-630;
• КТП-10/0,4 кВ цеха №2 (ТП-2), АДЭС КАС-500;
• КТП-10/0,4 кВ цеха №2 (ТП-3), АДЭС КАС-500;
• КТП-10/0,4 кВ цеха №3 (ТП-6), АДЭС АС-630;
• КТП-10/0,4 кВ цеха №4 (ТП-8), АДЭС АС-630;
• КТП-10/0,4 кВ цеха №4 (ТП-9), АДЭС АС-630;
• КТП-10/0,4 кВ АВО газа цеха №1 (ТП-14);
• КТП-10/0,4 кВ АВО газа цеха №2 (ТП-15);
• КТП-10/0,4 кВ АВО газа цеха №3 (ТП-4);
• КТП-10/0,4 кВ АВО газа цеха №4 (ТП-10);
• КТП-10/0,4 кВ ТНС-1 (ТП-11), АДЭС КАС-500;
• КТП-10/0,4 кВ участка текущего ремонта (ТП-250);
• КТП-10/0,4 кВ в районе насосной 2-го подъема (ТП-16).

 

1.3.2 Автоматизация ЦРП-10 кВ

В данном проекте предусматривается установка ячеек типа MCset в

здании ЦРП-10 кВ производства завода “Калининградгазавтоматика” и низковольтного электрооборудования  системы собственных нужд (С.Н.) РУ-10 кВ.

Ячейка MCset представляет собой КРУ в металлическом корпусе, предназначенное для внутренней установки.

Устройство MCset объединяет в себе множество технических решений, реализованных на основе испытанных технологий: КРУ с высокими эксплуатационными характеристиками, цифровую защиту, системы контроля и управления, корпуса, устойчивые к воздействию внутренней дуги.

В ЦРП-10 кВ предусматривается  установка ячеек MCset c блоками Sepam 2000. Блоки терминалов Sepam 2000 осуществляют защиту, контроль и управление соединений между подстанциями (вводы или отходящие линии, кабели, линии), а также связей между сборными шинами, осуществляют измерения, защиту, управление и контроль, необходимых для их нормальной эксплуатации.

Первоочередными задачами системы АСУ-Э являются сбор данных с объектов (КТП-10/0,4 кВ, ЦРП-10 кВ), передача данных на верхний уровень с целью их обработки и отображения на экранах мониторов АРМов. Быстродействие такой системы должно быть высокое, чтобы оператор смог отреагировать на ненормальные, аварийные ситуации и быстро принять решения по предотвращению аварий и инцидентов. В настоящее время применяемые в электрических системах средства РЗА, обладают возможностью включения их система сбора данных и диспетчерского управления (SCADA). Превосходно справляются с функцией противоаварийной защиты и функцией сбора данных микропроцессорный терминал защиты Sepam 2000.

Можно выделить следующие  преимущества терминалов Sepam 2000:

• отображение значений фазного тока и тока замыкания на землю в момент отключения обеспечивает эксплуатационному персоналу значительную помощь в определении причин и тяжести повреждения;
• высокий уровень устойчивости к электромагнитным возмущениям (помехам) позволяет использовать наиболее передовые возможности цифровой технологии в электрических подстанциях без принятия специальных мер предосторожности;
• в случае неисправности постоянно действующие средства самодиагностики переводят Sepam 2000 в заранее определенное нерабочее состояние, исключая, таким образом, возможность непредсказуемых срабатываний;
• использование разъемов, допускающих независимое отключение под напряжением, облегчает эксплуатацию и техобслуживание;
• устанавливаемая система связи обеспечивает возможность, посредством двухпроводного соединения с управляющим устройством, дистанционного выполнения операций настройки, измерений, сигнализации и управления, таким образом, можно создать систему централизованного управления;
• проведение настройки и испытаний упрощено до предела: первичные значения силы тока и напряжения выводятся в цифровом виде, а простая проверка функции измерения подачей импульса позволяет гарантировать согласованность всех параметров;
• Sepam разработано таким образом, чтобы полностью справляться с самыми разными случаями применения, и включает в себя все необходимые функции, готовые к работе (функции защиты, измерений, логики управления и сигнализации).

В систему АСУ-ЭС ячейкой MCset через блоки Sepam встраивается благодаря полевой шине SPAbus по протоколу связи Modbus. Кроме протокола Modbus блоки поддерживают протокол Modbus. Оператор получает все данные, необходимые для контроля и управления блоком Sepam через систему связи.

Сеть Modbus представляет собой  сеть топологии «главный-подчиненный». Такая топология характеризуется  наличием одного «главного» (ведущего) узла и некоторого количества «подчиненных» (ведомых) узлов, имеющих свой уникальный номер в этой сети Modbus (1-247 в Modbus). Каждая передача данных состоит из двух фаз – запрос и ответ. «Главный» узел имеет право послать запрос, «подчиненные» могут только ответить на запрос. Каждый запрос содержит адрес узла, к которому он направлен, соответственно на него отвечает только один из узлов – тот, чей адрес содержится в запросе. Таким образом, одновременно в сети может быть только один запрос, что дает возможность избавиться от «неопределенного состояния» физической линии передачи, когда несколько узлов пытаются одновременно передать данные.

На физическом и канальном  уровне связь блоков Sepam 2000 с АСУ-ЭС осуществляется по SPA шине построенной на базе оптоэлектрических преобразователей типа SPA-ZC17 установленных в шкафах ЦРП и преобразователей SPA-ZC22 расположенных в шкафу сервера АСУ-ЭС. Блоки Sepam 2000 подключаются к SPA-ZC17 по интерфейсу RS-485. Преобразователи связаны в кольцо, как показано на рисунке 1.2.

Шина SPA разработанная фирмой АВВ «Чебоксары» поддерживает включение в кольцо до 30 устройств, но для повышения быстродействия всей системы АСУ-ЭС используется объединение по пять или шесть преобразователей. Таким образом, для обвязки 42-х шкафов потребуется 8 колец, как показано на выносном листе 2. Кабели ОР11 и ОР12 (Tx и Rx) из первой группы идут в оптическую распределительную коробку ОРТ2. Туда же приходят кабели Tx и Rx от других групп. В оптической коробке кабели соединяются с одним 24-ти жильным кабелем ОР118 типа ДПС-ММ-24 (рисунок 1.1). ОРТ2 расположена в шкафу N1 АСУ-ЭС.

Для получения информации, которую не могут собирать блоки Sepam 2000 используют контроллер RTU-211, распложенный в шкафу N1 АСУ-ЭС. В его функции входит сбор дискретной информации о положении тележек выключателей и заземляющих ножей в шкафах ЦРП, сбор данных о ШУОТ.

Питание шкафа N1 АСУ-ЭС, блоков Sepam 2000 и преобразователей SPA-ZC17 осуществляется от двух вводов ШУОТ 220 В. Из установленного в шкафу N1 АСУ-ЭС оборудования питание необходимо только контроллеру RTU-211, которое он получает от преобразователя PS1. В таблице 1.1 представлена нагрузка от средств автоматизации для ЦРП-10 кВ.

 

Таблице 1.1 – Нагрузка от средств автоматизации для ЦРП-10 кВ

Нагрузка	Кол.	Мощность, Вт
PS1. Источник питания =220/ =110 В	1	330
SPA-ZC17. Оптоэлектрический преобразователь =220 В	42	2,5
Sepam 2000. Блок защит =220	44	21

 

В таблице 1.2, 1.3 представлены перечни элементов обозначенных на рисунке 1.1 и 1.2.

 

Таблица 1.2 – Перечень элементов  расположенных в шкафу N1 АСУ-ЭС

Обозн.	Наименование	Кол.
А0	23CM61. Главное ЦПУ и модуль источника питания без модема 23PU63/23CP61/23IO96	1
А0-1	23CM61. Плата главного ЦПУ	1
А0-2	23IO96. Плата внутренних входов/выходов	1
А0-3	23PU96. Источник питания 110/24 В постоянного тока	1
А1	23IO94. Базовый модуль вводов/выводов, корпус, адаптер 23AD62 и зажимы	1
А1-0	23AD62. Плата адаптера ввода/вывода	1
А1-1– 3	23BI60R5. Плата дискретных входов. 2-х полюсное соединение	3
А2	23IO94. Базовый модуль вводов/выводов, корпус, адаптер 23AD62 и зажимы	1
А2-0	23AD62. Плата адаптера ввода/вывода	1
А2-1– 3	23BI60R5. Плата дискретных входов. 2-х полюсное соединение	3
А3	23FI60. Плата оптического адаптера	1
PS1	Источник питания =220/ =110 В для питания RTU-211	1
AS1	23RS61/RS232 адаптер для связи с ПК	1
ОРТ2	Коробка оптическая распределительная на 18 портов с разъемами ST	1
Каб.1,2	20-ти полюсный ленточный кабель для 23AD62	2
Каб.3	10-ти полюсный ленточный кабель для 23RS61	1
Каб.4	10-ти полюсный ленточный кабель для 23FI60	1
Каб.5	Кабель 2 х 0,75 для питания RTU-211 =110 В	1

 

Таблица 1.3 – Перечень элементов связи группы блоков Sepam 2000 с АСУ-ЭС

Обозн.	Наименование	Кол.
B1– B5	Преобразователь опто-электрический SPA-ZC17	5
С1– С5	Блок защиты Sepam 2000	5
каб.1– 5	Кабель интерфейсный RS-485	5

 

1.3.3 Автоматизация КТП-10/0,4 кВ

Электроснабжение трансформаторных подстанций расположенных на площадке КС-10 осуществляется от ЦРП-10 кВ по радиальной схеме. Из 13-ти ТП 6 являются подстанциями типа КТПСН разработанные Минским электротехническим заводом. В дипломном проекте рассмотрен вариант связи всех 13-ти подстанций с автоматизированной системой и подобно рассмотрен вариант автоматизации КТПСН.

Автоматизация ТП, автоматика которых осуществляется на базе электромагнитных реле, производится с помощью установки в них специальных устройств сопряжения с объектами (УСО). В качестве УСО применяется контроллер RTU-211 производства фирмы АББ «Чебоксары». Контроллер устанавливается в каждом КТП в специальном шкафу. Например, для ТП-1 это шкаф называется «Шкаф N12 АСУ-ЭС». Основные задачи контроллера – это сбор информации с ТП (измерения, аварийная и предупредительная сигнализация), управление выключателями. Связь трансформаторных подстанций с АСУ-ЭС осуществляется по оптической шине SPA. Для экономии прокладываемого оптоволоконного кабеля подстанции связаны в кольцо. Две группы по четыре ТП и одна с пятью ТП (выносной чертеж 2). Выбор групп подстанций осуществлялся на основе их взаимного расположения на площадке компрессорной станции. Таким образом, четыре ТП связаны в кольцо одножильным кабелем, а в оной из подстанций установлена оптическая распределительная коробка, в которую приходят два кабеля (Tx, Rx), а уходит один двужильный дуплексный кабель. Далее этот кабель идет в «Шкаф сервера АСУ-ЭС», где расположен компьютер связи.

На рисунке 1.3 показана обвязка четырех подстанций (ТП-8, ТП-9, ТП-10, ТП-11). Шина SPA построена на базе оптоэлектрических преобразователей типа SPA-ZC17 установленных в шкафах в ТП и преобразователей SPA-ZC22 расположенных в шкафу сервера АСУ-ЭС. Связь контроллера RTU-211 с преобразователем SPA-ZC17 осуществляется через адаптер последовательного порта 23RS61. Монтажная плата адаптера размещена в пластмассовом корпусе и имеет следующие части:

• три контакта 10-штырькового ленточного кабеля;
• 9-ти штырьковый D-контакт (входной);
• компоненты защиты от электромагнитных помех;
• блок из 10 винтовых клемм (Х5).