Разработка автоматизированной системы управления энергохозяйством Сосногорского ЛПУМГ

б) по полудуплексному  каналу связи на модуль (преобразователь) интерфейсный МИ, имеющий выход RS-232, и далее по телефонному модему до ДП Центральных электрических сетей ОАО «Комиэнерго».

Расчетный учет электроэнергии на отходящих линиях 10 кВ выполнен на счетчиках типа СЭТ-4ТМ производства Нижегородского завода им. М. В. Фрунзе.

В дипломном проекте, в связи с изменение схемы  электроснабжения, произвести следующую  модернизацию:

• из 14-ти счетчиков установленных на отходящих ячейках ЗРУ-10 кВ ГПП, питающих в основном КТП-10/0,4 кВ на КС-10, оставить только пять (два ввода на ЦРП-10 кВ КС-10, два ввода на ЦРП в районе ИТЦ, она ячейка на питание ЭХЗ).
• заменить УСД Е443М2 на контроллер УИС.ЛК, при этом сохраняется функция опроса счетчиков как автоматизированной системой энергоснабжающей организации, так и системой установленной на АРМе главного оператора АСУ-ЭС (диспетчерская N1).

Преимущество применяемого контроллера УИС.ЛК в том, что  он работает со стандартным протоколом применяемый в Центральных электрических сетях для опроса счетчиков. Другое преимущество контроллера УИС.ЛК в том, что он позволяет производить последовательное подключение счетчиков по цифровому каналу связи по интерфейсу RS-485.

 

Основные характеристики контроллера УИС. ЛК:

 

Процессор	- С505 Siemens
Системное программное  обеспечение	- многозадачная ОС
ROM (память программ)	- 128 Кбайт
RAM (энергонезависимое)	- 512 Кбайт
Коммуникационный порт 1:
- назначение	- связь с контроллерами УИС
- интерфейс	- САN (полудуплексный)
- скорость передачи	- до 57,4
- количество абонентов	- 64
Коммуникационный порт 2:
- назначение	- связь со счетчиками
- интерфейс	- RS-485
- скорость передачи	- до 57,4
- количество абонентов	- 256
Коммуникационный порт 3:
- назначение	- подключение внешнего  модема
- интерфейс	- RS-232
- скорость передачи	- до 57,4
- количество абонентов	- 1

 

1.5 Разработка автоматизированной системы управления КТПСН

 

1.5.1 Описание автоматики работы КТПСН

Подстанция КТП предназначена для понижения напряжения с 10 до 0,4 кВ и питания потребителей располагающихся на территории компрессорной станции. Объекты КС являются потребителями 1-й категории, поэтому их электроснабжение осуществляется от двух независимых вводов. Для особо ответственных электроустановок КТП выполняют с тремя источниками питания, два от трансформаторов, работающих в режиме неявного резерва, и один – от аварийного дизель-генератора. К таким подстанциям относятся цеховые ТП.

В дипломном проекте подробно описана автоматика работы КТПСН с тремя вводами. Приведены принципиальные электрические схемы релейной защиты и автоматики (выносные листы 5,6,7,8) с включенными в них цепями автоматизированного контроля и управления.

В нормальном режиме работы КТПСН, вводные выключатели 1Q, 2Q находятся во включенном состоянии, а секционный и выключатель генератора аварийной станции в выключенном состоянии. Выключатель на аварийном вводе 4Q включен. Этот выключатель всегда находится во включенном положении в нормальном режиме и при возврате от АВР АС. Таким образом, каждый ввод питает свою секцию шин.

Каждый выключатель  имеет собственный встроенный блок защит, осуществляющий максимальную токовую  защиту и токовую отсечку. При срабатывании защит и отключении одного из вводных выключателей, происходит исчезновение напряжения на сборной секции шин, которую питал отключенный ввод. В этом случае при отсутствии напряжения 5-7 секунд срабатывает АВР СВ. То есть автоматика КТПСН включает секционный выключатель и обесточенная секция получает питание. При возникновении напряжения на отключенном вводе, через 9-12 секунд начинает работу автоматика возврата после АВР: отключается секционный, включается вводной.

При отсутствии напряжения на обоих вводах с выдержкой времени 7-12 секунд автоматика КТПСН включает АВР АС, т.е. подается команда на запуск аварийного дизель-генератора и при выходе его на номинальные обороты включается генераторный автомат. При возникновении напряжения на одном из вводов, через 30-60 секунд, производится автоматический возврат после АВР АС.

При реализации системы  автоматизированного контроля и  управления, существует возможность контролирования работы автоматики АВР СВ и АВР АС, как на уровне контроллера так и на уровне АРМа. В любом случае в системе MicroSCADA возможно создать программу, загруженную в контроллер, которая контролировала бы правильность работы автоматики КТПСН и выдавала информацию на АРМ или совсем ее заменяла.

 

1.5.2 Реализация автоматического включения резерва (АВР)

Условие включения АВР  СВ следующее: исчезновение напряжение на вводе 1(2), отключение выключателя 1Q(2Q), наличие напряжения на 2(1)-м вводе, разрешение на включение АВР СВ из панели управления (включено двух позиционное реле 1KB). Далее действия защиты следующие:

Отключается реле напряжения пускового органа KV (из схемы 1Q(2Q), выносной лист 6) и своими контактами 5-7 замыкает цепь реле KT1, которое с выдержкой времени своими контактами 3-5 замыкает цепь отключения от АВР СВ, подается команда на выключение выключателя 1Q (на катушку отключения K2). При этом, чтобы сработала цепь отключения от АВР СВ необходимо: чтобы было напряжение на вводе 2 (замкнуты контакты1-3 реле KV из схемы 2Q) и было отключено реле контроля напряжения на вводе 2KL1 (из схемы 1Q).

Выключение 1Q приводит к следующему:

• выпадению блинкера КН2, включению KQT2;
• включению звуковой сигнализации, аварийного выключения выключателя ввода (цепь +ШС, 1KCC2:7-8, KQQ2:2-4, 1Q-S:6-2, ШЗА);
• миганию лампы 1-HLG;
• реле фиксации команд KQQ2 остается в том же положении (контакт 12 разомкнут, 14 – замкнут);
• в схеме 3Q (выносной лист 7) срабатывает цепочка включения по АВР (2KCC:1-2, KQC2:5-6, KQT2:7-8).

Чтобы произошло включение  реле KCC1 и соответственно включение секционного выключателя СВ необходимо, чтобы были выполнены следующие условия:

• сработала цепочка, описанная выше (включение по АВР);
• отключены реле запрета АВР KL1 и KL2, которые включаются, если срабатывает защита от однофазных к.з.;
• отключен выключатель генератора или вводной от АС – 4Q;
• включен 1KB.

Таким образом, срабатывает цепочка (схема 3Q, выносной лист 7): +ШУ, контакт 1KB, 1KQT1:5-6, 2KCC2:1-2, KQC2:5-6, KQT2:7-8, KL1:1-2, KL2:1-2, KH1, KCC1, -ШУ). Вводной выключатели, например, 2Q находятся во включенном состоянии, а второй ввод 1Q отключен. Секционный выключатель и 4Q выключены.

Возврат после АВР СВ происходит при возникновении напряжения на вводе 1. В схеме 3Q срабатывает реле времени восстановления напряжения на вводе KT1, которое срабатывает в следующем случае:

• должен быть включен Q2 (замнут KQ2:7-8);
• на обоих вводах должно быть напряжение.

Контакты KT1:3-5 включают реле KL4, контакты которого 9-10 отключают СВ. Другие контакты KL4:3-4 включают промежуточное реле включения вводных выключателей KL5, которое своими контактами 3-4 включит 1Q (в схеме 1Q, выносной лист 6). Включается 1Q, возобновляется нормальная работа КТП.

АВР АС включается в случае пропадания напряжений на обоих вводах или при сработавшем АВР СВ и пропадании напряжения и на втором вводе. При исчезновении напряжения на секции, с выдержкой времени отключится реле KT1 (схема 4Q, выносной лист 8).

Для подачи команды на включение  АС, т.е. включение реле KL5 необходимо чтобы были выключены вводные выключатели 1Q, 2Q и включилось реле KL4.

Условие включения KL4 следующие:

• включено реле двух позиционное реле 2KB (разрешение на включение АВР АС из панели управления);
• отключены реле 1KL1 (в схемах 1Q, 2Q) – отсутствует напряжение на вводах;
• отключено реле KT1;
• включен 4Q;
• наличие напряжения =24 В, необходимое для работы автоматики АС (реле KL6 включено);

Таким образом, включается цепочка: +ШУ, SF1, 2KB, 1Q-1KL1:1-2, 2Q-1KL1:1-2, KT1:3-5, 4Q-S2:1-7, KL6:3-4, реле KL4, SF1, -ШУ.

Включается реле KL4 и контактом 5-6 отключает 1Q, 7-8 отключает 2Q. После отключения 1Q и 2Q своим замыкается цепь включения реле KL5. Подается команда на включение дизельной электростанции.

Возврат после  АВР АС происходит при возникновении на каком-либо вводе напряжения. Включается реле времени восстановления напряжения на вводе KT2, которое с выдержкой времени своими контактами 3-5 замкнет реле отключения АС KL2 – пойдет команда на отключение. После отключения дизельной электростанции и отключения выключателя генератора сработает реле включения 1Q, 2Q KL3. Реле KL3 включит вводные по следующей цепочке: +ШУ, SF1, 2KB, KL3:3-4, 2KL1, KH1, 1KCC2, SF1, -ШУ. То есть цепочка сработает только при наличие напряжения на вводах (контакты 2KL1:3-4 замкнуты).

В КТПСН предусмотрена  защита от однофазных к.з. Трансформатор  тока ТА-N в нулевом проводе, установленный на вводе, к которому подключено реле KA. При броске тока срабатывает реле КА и своими контактами 1-3, подключает реле времени КТ2, которое с выдержкой времени включает реле KL2, контакты которого 2-4 подают команду на отключение вводного выключателя.

 

1.5.3 Система сбора данных и диспетчерского управления КТПСН

Вся система сбора  информации и управления строится на основе контроллера RTU-211. Включение контроллера в автоматику КТПСН представлено на выносных листах 3, 4. В таблице 1.8 приведен перечень сигналов передаваемых с контроллера в АСУ и наоборот. В таблице 1.8 приняты следующие обозначения: ТС – телесигнализация; ТИ – телеизмерение, ТУ – телеуправление.

 

Таблица 1.8 – Объем автоматизации контроля и управления КТПСН

Наименование параметра		ТС		ТИ		ТУ		Платы RTU-211
1		2		3		4		5
Ввод 1
Выключатель 1Q включен		+						А1-1 (23BI60R5)
Выключатель 1Q отключен		+
Включение 1Q автоматикой  возврата АВР		+
Положение тележки 1Q «В рабочем  состоянии»		+
Положение тележки 1Q «Выкачена»		+
Команда «Включить 1Q»						+		А3-2 (23RL60)
Команда «Отключить 1Q»						+
Напряжение на воде 1				+				А2-1 (23DP61R1)
Ток на вводе 1				+
Напряжение на секции 1				+				А0-2 (23IO96)
Ввод 2
Выключатель 2Q включен		+						А1-1 (23BI60R5)
Выключатель 2Q отключен		+
Включение 2Q автоматикой  возврата АВР		+
Положение тележки 2Q «В рабочем состоянии»		+
Положение тележки 2Q «Выкачена»		+
Команда «Включить 2Q»						+		А3-2 (23RL60)
Команда «Отключить 2Q»						+
Напряжение на воде 2				+				А2-1 (23DP61R1)
Ток на вводе 2				+
Напряжение на секции 2				+				А0-2 (23IO96)
Секционный  выключатель
Выключатель 3Q включен		+						А1-1 (23BI60R5)
Выключатель 3Q отключен		+
1	2		3		4		5
Срабатывание АВР СВ	+						А1-1 (23BI60R5)
Положение тележки 3Q «В рабочем  состоянии»	+
Положение тележки 3Q «Выкачена»	+
Команда «Включить 1Q»					+		А3-1 (23RL60)
Команда «Отключить 1Q»					+
Команда «Включить АВР  СВ»					+
Команда «Отключить АВР  СВ»					+
АВР СВ включено	+						А1-3 (23BI60R5)
АВР СВ отключено	+
Аварийный ввод
Выключатель 4Q включен	+						А1-2 (23BI60R5)
Выключатель 4Q отключен	+
Выключатель генератора АС 6Q включен	+
Выключатель генератора АС 6Q отключен	+
Команда «Пуск АС»  дана	+
Перегрузка АС	+
Неисправность АС	+
Положение тележки 4Q «В рабочем  состоянии»	+
Положение тележки 4Q «Выкачена»	+
Команда «Включить 4Q»					+		А3-1 (23RL60)
Команда «Отключить 4Q»					+
Команда "Включить АВР  АС"					+
Команда "Отключить  АВР АС"					+
АВР АС включено	+						А1-3 (23BI60R5)
АВР АС отключено	+
Команда «Пуск АС»					+		А3-2 (23RL60)
Команда «Стоп АС»					+
Ток аварийного ввода			+				А0-2 (23IO96)
Общая информация о КТП
Неисправность КТП	+						А1-3 (23BI60R5)
Авария в КТП	+
Неисправность АС	+
Нет оперативного напряжения =200 В	+
Положение переключателя "ДУ"	+

 

 

Возможность управления КТП из АСУ (т.е. управление контроллером с АРМа оператора) возможно лишь при поступлении дискретного сигнала «1» «Положение переключателя "ДУ" включено».

Контроллер RTU-211 имеет модульную структуру. Представленный на рисунке 1.5 контроллер, расположенный в шкафу N2 АСУ-ЭС КТП цеха N4, состоит из следующих модулей:

• Модуль 0 (23CM61) – главный модуль контроллера RTU-211 состоит из следующих плат:

A0-1 – 23CP61 – плата центрального процессора;

A0-2 – 23IO96 – интерфейсная плата ввода/вывода;

А0-3 – 23PU63 – стандартный внутренний источник питания.

• Модуль 1 (23IO94) – модуль ввода/вывода контроллера RTU-211 состоит из 3-х плат (А1-1, А1-2, А1-3) 23BI60R5 – плата цифрового ввода.
• Модуль 2 (23IO94) – модуль ввода/вывода контроллера RTU-211 состоит из следующих плат:

А2-1 – 23BO61 – предназначенных для управления функциями внешнего процесса;

А2-2, А2-3 – 23DP61 – плата измерительного преобразователя трехфазного переменного тока.

• Модуль 3 (23IO93) – модуль состоит из 2-х плат (А3-1, А3-2) 23RL60 – плата выходных реле.

Связь между модулями осуществляется с помощью адаптеров 23AD62, которые последовательно соединяются друг с другом 20-и жильными ленточными кабелями (на рисунке 1.5 каб. 1,2). С помощью 10-ти жильных ленточных кабелей (каб. 3,4) осуществляется связь между платами выходных реле 23RL60 и платами с цифровыми выходами 23BO61, 23PU63.

23CP61 – это плата центрального процессора системы RTU211. На ней находятся следующие компоненты:

• Центральный процессор - микропроцессор 80C186
• 512 кБ флэш-памяти для хранения программ и данных
• 256 кБ рабочего ОЗУ
• Процессор внутренней шины в качестве процессора связи для плат ввода/вывода
• 4 коммуникационных RS232-порта
• Интерфейс с платой интегрированного ввода/вывода 23IO96

Через адаптер последовательного  порта 23RS61 контроллер подключается к шине SPA, через которую подключается к АРМу оператора.

23IO96 – это интерфейсная плата ввода/вывода, подключаемая непосредственно к плате центрального процессора 23CP61. Она имеет соединительные выводы для следующих входных и выходных сигналов:

• 16 цифровых входов
• 8 цифровых выходов
• 6 аналоговых входов
• выход рабочего напряжения 24 В
• вход основного питания (24 – 110 В постоянного тока)