Автоматизированные системы управления электротехническим оборудованием электростанций и подстанций.

Обычно оборудование электростанций и подстанций по назначению принято разделять на две группы:

  1. Оборудование первичных цепей, которые участвуют непосредственно в производстве преобразования и передачи электроэнергии.
  2. Оборудование вторичных цепей обеспечивает управление первичного оборудования автоматизации, защиты и прочие функции.

На изображениях приведены примеры первичного оборудования:

  1. 1. Генератор блока 250 мегаватт.
Промышленный генератор
Генератор блока 250 мегаватт
  1. 2. Электродвигатель дымососа котла.
электродвигатель
Электродвигатель дымососа котла
  1. 3. Силовой трансформатор на подстанции.
трансформатор
Силовой трансформатор на подстанции

На следующих изображениях приведены примеры вторичного оборудования:

  1. 1. Панели управления и защиты.
Панели управления
Панели управления и защиты
  1. 2. Акцентируем внимание на релейных отсеках шкафов КРУ-10 кВ.
релейные отсеки шкафов
Релейные отсеки шкафов КРУ-10 кВ
  1. 3. Контрольные кабели.
Контрольные кабели
Кабели

Традиционно при реализации систем контроля и управления первичного оборудования использовалась релейная техника. В настоящее время при модернизации систем управления и при вводе нового оборудования обычно внедряются автоматизированная система управления технологическими процессами сокращенно АСУ ТП на основе микропроцессорных программно-технических комплексов.

Собственно они и будут являться объектом изучения нашего курса.

При реализация систем контроля управления (СКУ) на традиционных средствах рабочей документации проектной организации было достаточно для закупки аппаратуры, монтажа и наладки системы, а всю логику, реализованную на реле, можно было «потрогать руками».

При реализация алгоритмов на микропроцессорной технике существенная часть проекта уходит в область информационных технологий.

Проекты разделились на уровни:

  1. Нижнего (полевого) уровня, реализуемые проектными, монтажными и наладочными организациями.
  2. Верхнего (микропроцессорного) уровня, обычно реализуемые поставщиками программно-технических комплексов или инжиниринговыми организациями.

Рассмотрим основные элементы АСУ ТП.

В рамках АСУ ТП управление оборудованием ведется с автоматизированных рабочих мест, сокращенно (АРМ) оперативного персонала, которые в общем случае представляют собой обычные компьютеры.

щит управления АРМ
Щит управления с автоматизированными рабочими местами

На экраны (АРМ) выводятся мнемосхемы отражающие состояние основного оборудования.

Мнемосхема АРМ
Мнемосхемы отражающие состояние основного оборудования

На этом рисунке приведен пример обзорной схемы распределительных устройств 6 и 10 киловольт.

Следующий рисунок демонстрирует мнемосхема температурного контроля генератора, естественно мы должны изучить основные принципы их разработки.

мнемосхема температурного контроля генератора
Мнемосхема температурного контроля генератора

Другой важнейшей частью АСУ ТП, является микропроцессорное устройство, по другому интеллектуальное электронное устройство.

В их состав входят модули устройств сопряжения с объектом для получения информации от объекта управления, цифровые интерфейсы для обмена информации с АРВами и другими интеллектуальными электронными устройствами и контроллер для реализации алгоритмов.

Контроллеры могут работать по жесткой логике или свободно программироваться на специализированных языках. В любом случае, мы должны понимать, как это делается.

Третей важнейшей частью является средства организации цифровой сети, это может быть Изернет или РС-485.

Чтобы устройства понимали друг друга обмен данными должен осуществляться по определенным протоколам. Здесь приведены три широко используемых в энергетике протокола:

  1. Протокол «Modbus», который является простейшим и широко используемым.
  2. Протокол МЭК 104 (МЭК 101), который используются в телемеханике.
  3. Протокол МЭК 61850 («Сети и системы связи на подстанциях») — это набор стандартов для систем автоматизации подстанций.
Структура АСУ ТП ТМО ТЭС
Структура АСУ ТП ТМО ТЭС

Следует отметить, что при автоматизации тепловой и электрической частей электростанций, используются различные подходы и предъявляется разные требования к программно-техническому комплексу, так как динамика электрических процессов на порядки выше тепловых.

Контроль и управление электродвигателями собственных нужд обычно ведется в рамках технологических АСУ ТП.

Другие присоединения электростанций, а также оборудование на подстанциях управляются в рамках АСУ электротехническим оборудованием.

На этой картинке приведена типовая структура АСУ ТП тепломеханической части характерной особенностью является то что на небольшом количестве контроллеров может обрабатываться большое количество сигналов «1000» это связано с относительной медленностью процессов порядка десятков миллисекунд.

АСУ ТП тепломеханической части
Типовая структура АСУ ТП тепломеханической части

Этот рисунок показывает типичный шкаф контроллеров и модуля (УСО) для тепломеханического оборудования.

Динамика электрических процессов измеряется миллисекундами, и уходят в микросекунды диапазона. Поэтому при реализации АСУ ТП приходится иметь дело с большим количеством интеллектуальных электронных устройств обслуживающие каждое присоединение. Это видно на данном изображении.

интеллектуальное электронное устройство
интеллектуальное электронное устройство

На следующем изображении показано, примеры шкафов управления и защиты в частности для линии 110 киловольт.

примеры шкафов управления и защиты
примеры шкафов управления и защиты

Разработка программного обеспечения АСУ ТП требует сочетания знаний по информационным технологиям и социальным дисциплинам.

Разработку прикладного программного обеспечения (ПО) можно разделить условно на три части:

  1. Программирование пользовательского интерфейса.
  2. Программирование интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ).
  3. Конфигурирование цифрового обмена, формирование базы данных переменных.

Программное обеспечение АРМов базируется на основе SCADA-систем, т.е. систем управления и сбора данных.

Обычно SCADA-системы обеспечивают работу в двух режимах:

  1. Исполнение, каким это видит оперативный персонал.
  2. Проектирование, в этом режиме осуществляется разработка мнемосхем и других элементов систем контроля и управления.

Для программирования контроллеров используются специальные стандартные языки программирования, которые также мы рассмотрим в коде нашего курса.

Основной задачей курса, является изучить принципы организации АСУ ТП электроустановок и взаимодействия оборудования всех уровней:

  1. Рассмотрим схемы технические вопросы, т.е. как подключаются датчики и исполнительные устройства к модулям (УСО).
  2. Рассмотрим вопросы конфигурирования программно-технического комплекса.
  3. Принципы разработки программного обеспечения АРМов и микропроцессорных устройств и принципы организации цифрового обмена.

Основной акцент будет сделан на практическую работу, на работу с конкретным железом, то есть мы будем рассматривать схемы, мы будем разрабатывать программы.

В рамках данного курса будут рассмотрены общие подходы к разработке и эксплуатации автоматизированных систем управления электротехническим оборудованием. Рассмотрены микропроцессорные средства для различных видов присоединений. Конструктивное исполнение интеллектуальных электронных устройств. Организации цифровых сетей и протоколы цифрового обмена. Информационная модель в соответствии со стандартом МЭК 61850. Принципы разработки операторского интерфейса и программирование интеллектуальных электронных устройств.