Geum.ru

Особенности автоматизации электроснабжения промышленных предприятий

Вид материалаДокументы

Содержание


Типовой пример автоматизации сети электроснабжения крупного промышленного предприятия
Подобный материал:

Особенности автоматизации электроснабжения
промышленных предприятий



Осак А.Б., Домышев А.В.

ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, тел.: (3952) 42-84-18,

e-mail: anares@irk.ru

Исторически развитие предприятий электроэнергетического профиля и электрических сетей крупных промышленных предприятий в СССР, а затем в России шло несколько по иному пути, чем в промышленно-развитых странах Запада.

Особенность западного пути заключается в создании избыточных генерирующих мощностей и избыточной пропускной способностей передающих сетей для обеспечения высокой надежности электроснабжения.

Особенность советского и российского пути заключается в создании незначительных запасов генерирующих мощностей и передающих сетей, но с созданием мощной и непрерывной системы контроля за режимами (расчеты и анализ режимов, сильный оперативно-диспетчерский персонал), а также создание эффективной системы противоаварийной автоматики. Эта обусловлено, главным образом, большой разбросанностью мощных источников и потребителей электроэнергии в России (раньше в СССР), вследствие чего очень дорого было резервировать длинные линии электропередачи.

Для подтверждения можно привести примеры крупных системных аварий в США, а также в Западной Европе, в которых участвовали большое количество электростанций и потребителей. В тоже время, случающиеся в России системные аварии значительно меньшего масштаба.

Наличие противоаварийной автоматики и наличие систем расчета и анализа режимов характерно в первую очередь для энергосистем, а для сетей напряжением 35 кВ и ниже (в том числе для сетей электроснабжения промышленных предприятий) подобные системы и комплексы практически не применялись.

В связи с высокой изношенностью первичного и вторичного электроэнергетического оборудования сейчас остро стоит проблема реконструкции электрических сетей, причем это касается как первичного оборудования, так и РЗА, средств измерения и диспетчерского управления. Кроме того, коммерческие взаимоотношения между потребителями и поставщиками электроэнергии вынуждают вводить системы коммерческого и технического учета электроэнергии.

Закономерно, что при выполнении комплексной или частичной реконструкции электрических сетей применяется опыт, методы и подходы, используемые для аналогичных работ на западе. Часто используется западное оборудование и программное обеспечение. Но недостаток финансовых средств, а также высокая стоимость комплексной реконструкции электрических сетей с приведением в соответствие к требованиям западных стандартов по надежности ведет к тому, что реконструкция выполняется частично.

В первую очередь, реконструируются средства измерения и РЗА, которые значительно дешевле реконструкции первичного оборудования. При выполнении реконструкции вторичного оборудования широко внедряются программно-аппаратные средства для автоматизации диспетчерского управления. В основном, при этом внедряются оперативно-информационные комплексы (ОИК) и SCADA-системы. Сейчас прослеживается тенденция, по которой внедрение и реконструкция ОИК и SCADA-системы производится обособленно от внедрения и реконструкции программных комплексов для расчета и анализа электрических режимов. Это обусловлено структурной и организационной особенностью энергопредприятий, где этими задачами занимаются разные службы.

Раньше в предприятиях электрических сетей и в сетях электроснабжения промышленных предприятий отсутствовали средства для расчета и анализа электрических режимов, главным образом из-за отсутствия средств телеизмерения параметров. Сейчас на эти предприятия широко внедряются средства телемеханики, цифровые устройства РЗА и другие измерительные системы, внедряются ОИК и SCADA-системы. Но, в тоже время, программные средства для расчета и анализа электрических режимов практически не внедряются, хотя их стоимость значительно ниже стоимости аппаратных средств измерения.

Следует учитывать, что для большинства видов производств внедрение АСУ ТП с использованием SCADA-систем на верхнем уровне позволяет реализовать полную и автоматизированную (иногда даже автоматическую) систему управления производством. Но для управления электрическими режимами в настоящее время технически невозможно создать полноценную АСУ ТП используя только SCADA-системы. Это вызвано тем, что электрическая сеть линейна и на электрический режим в любой точке влияют все участники единой электроэнергетической системы, особенно близлежащие потребители, генерирующие источники и электрические сети. Математического аппарата большинства универсальных SCADA-систем, которые чаще всего применяются, недостаточно для реализации даже функции расчета установившегося режима электрической сети для целей анализа и планирования. А без этого весь этот набор оборудования и программного обеспечения будет выполнять только функции измерения и хранения данных. Если рассматриваемая электрическая сеть достаточно крупная, то оперативно-диспетчерский персонал не сможет использовать большинство собираемой информации из-за ее огромного количества, что делает бессмысленным само внедрение SCADA-систем.

Поэтому создание полноценных АСУ ТП электрических сетей возможно только в интеграции средств измерения (телемеханика, цифровые РЗА, цифровые счетчики электроэнергии и др.), ОИКов или SCADA-систем и программных комплексов для расчета и анализа электрических режимов.

Для обеспечения наибольшего эффекта программные средства, входящие в состав АСУ ТП должны выполнять следующие функции, для целей планирования режимов и диспетчерского управления электрической сети:
  • прием и первичную обработку измерений аналоговых и дискретных сигналов;
  • долгосрочное хранение измеренных данных с фиксированной или динамической дискретностью;
  • отображение на различных мнемосхемах измеренных параметров режима, причем должны присутствовать средства удобной работы с большими мнемосхемами (масштабирование, скроллинг, поиск и т.п.), а также работа на разных уровнях детализации;
  • отслеживание и протоколирование действий пользователей системы;
  • расчет текущего (предыдущего) установившегося режима с учетом измеренных параметров режимов;
  • расчет любых возможных установившихся режимов на основе реальных режимов с возможностью корректировок любого числа параметров и задания коммутаций электрической сети;
  • оценка устойчивости и надежности текущего или планируемого режима;
  • расчет электромагнитных и электромеханических переходных процессов (токи КЗ, расчет динамической устойчивости и др.);
  • возможность выполнения расчетов и отображения результатов непосредственно с мнемосхемы.

Все эти функции имеются в программно-вычислительном комплексе ПВК АНАРЭС-2000, который можно использовать автономно только для выполнения расчетов режимов, так и в интеграции с другими программными и аппаратными компонентами, входящими в АСУ ТП.

Используя ПВК АНАРЭС-2000 также можно выполнять задачи технического учета, а именно:
  • получение, хранение и отображение значение электроэнергии по присоединениям, на которых установлены счетчики электроэнергии;
  • получение, актуализацию (контроль, дорасчет и уточнение) и хранение измеренных параметров (токи, напряжения, мощности) нормального электрического режима;
  • интегрирование измеренных и/или дорассчитанных мощностей для получения значений электроэнергии, хранение и отображение этих значений;
  • автоматический контроль баланса электроэнергии по подстанциям, линиям, трансформаторам;
  • дорасчет значений электроэнергии по неизменяемым присоединениям, исходя из баланса электроэнергии;
  • расчет потерь электроэнергии по кабельным и воздушным линиям, трансформаторам.

Экономический эффект от создания и внедрения системы автоматизации и диспетчеризации электроснабжения промышленных производств с использованием ПВК АНАРЭС-2000 может достигаться по следующим направлениям:
  • Увеличение срока службы первичного и вторичного электротехнического оборудования. Это можно добиться за счет ведения допустимых и оптимальных с технической точки зрения режимов при применении средств оперативного наблюдения за текущим режимом (средства дистанционного измерения + диспетчерский щит + компьютеризированные рабочие места диспетчеров), а также долгосрочного и краткосрочного планирования режимов и прогнозирования аварийных ситуаций.
  • Улучшение качества основной продукции промышленных предприятий за счет улучшения качества электроснабжения. Этого можно добиться при непрерывном наблюдении и контроле над параметрами текущего режима, особенно за теми, которые влияют на работоспособность электропривода для основного производства. Для этого используется диспетчерский щит, а также специальные программные средства автоматического контроля параметров совместно со средствами быстрого и наглядного оповещения диспетчера.
  • Уменьшение ущерба на основных производствах промышленных предприятий за счет снижения аварий в сетях электроснабжения. Этого можно добиться при непрерывном наблюдении и контроле за текущим режимом (см. предыдущий пункт), а также планированием и прогнозированием режимов сети электроснабжения, в том числе аварийных ситуаций на предмет уменьшения последствий за счет установки дополнительных ограничений к нормальным режимам и корректировок уставок РЗА. Кроме того, анализ протекания предыдущих аварийных ситуаций (на основе данных регистраторов) позволяет выявить оборудование, которое требует дополнительной профилактики или внепланового ремонта.
  • Уменьшение времени простоя основного производства промышленных предприятий за счет недопущения возможных аварий, уменьшения времени ликвидации аварий в сетях электроснабжения. См. предыдущий пункт. Кроме того, возможность анализа произошедшей аварии для быстрого поиска места повреждения, особенно в кабельных сетях.
  • Уменьшение потерь электроэнергии за счет оптимального ведения электрических режимов. Для этого используются программные средства для оптимизации (уменьшению потерь) и планирования режимов электрической сети.
  • Контроль потерь электроэнергии и учет потребляемой электроэнергии различными участками (цехами) основного производства промышленных предприятий за счет внедрения системы технического учета электроэнергии.



Типовой пример автоматизации сети электроснабжения

крупного промышленного предприятия


1-этап. Создание системы измерений данных о режиме электрической сети и передачи ее на диспетчерский пункт службы главного энергетика. Для этого на своих подстанциях 220, 110, 35, 6/10 кВ устанавливаем устройства измерения и сбора данных. В качестве таких устройств, в зависимости других задач, имеющихся на предприятии могут являться:

Измерительные преобразователи + устройства телемеханики. Это самый экономичный вариант.

Цифровые счетчики электроэнергии + устройства телемеханики. Это вариант лучше подходит для подстанций, по которым нужен технический и коммерческий учет электроэнергии.

Цифровые устройства РЗА + устройства телемеханики. Это вариант лучше подходит для подстанций, где требуется реконструкция систем РЗА.

Регистраторы аварийных процессов. Это вариант лучше подходит для подстанций, где требуется помимо измерений параметров нормальных режимов выполнять регистрацию (осциллографирование) аварийных режимов.

Данный этап – создание системы измерений и сбора данных можно выполнять постепенно, т.е. поочередно оснащать различные подстанции, причем возможно оснащение различными устройствами.

Для целей создания системы сбора могут использоваться любые устройства, в т.ч. уже установленные на предприятии. По нашему мнению в качестве устройств телемеханики и передачи данных достаточно удобно использовать устройства Телеканал2 (ЗАО «Системы связи и телемеханики»), которые имеют приемлемую стоимость и высокое качество. Отличительной особенностью данных устройств является возможность передачи по телемеханическим каналам не только измерений параметров режима и состояния коммутационных элементов, а также другую информацию. Например, возможно подключение видеокамер для визуального наблюдения объекта.

2-этап. Создание информационной системы диспетчерского пункта. Данная система состоит из двух подсистем: подсистемы приема и архивирования данных, подсистемы визуализации. Если предприятие уже имеет информационную систему, то возможно ее использование.

При создании подсистемы приема и архивирования данных, выбор аппаратных средств осуществляется в зависимости от используемых каналов связи. Программная часть, выполняющая функции первичной обработки принятой информации и записи (архивировании) ее в базе данных реального времени. В качестве программного обеспечения нами рекомендуется использовать соответствующие блоки ПВК АНАРЭС-2000.

Подсистема визуализации может быть реализована как система индивидуального или коллективного просмотра. В индивидуальной системе отображение осуществляется на мнемосхемах на мониторе диспетчерского компьютера. Система коллективного просмотра может строится с использованием диспетчерских щитов или видео-стен (плазменные, проекционные или жидкокристаллические панели). В качестве программного обеспечения нами также рекомендуется использовать соответствующие блоки ПВК АНАРЭС-2000. Отличительной возможностью программных средств ПВК АНАРЭС-2000 является возможность отображения не только текущих измеряемых данных. Но и результатов различных расчетов, в т.ч. результаты моделирования предполагаемых ситуаций.

3–этап. Внедрение математических задач моделирования (расчеты, оптимизация и др.) различных нормальных и аварийных режимов электрической сети.

Расчеты электрических режимов выполняются с учетом измеренных параметров режима. При этом выполняется дорасчет неизменяемых параметров.

Необходимый перечень расчетных задач имеется в ПВК АНАРЭС-2000, расчет установившегося режима, оптимизация потерь, нахождение предельных режимов, расчет токов КЗ, расчет переходных процессов.

4-этап. Создание базы данных АСУТП в части электроснабжения. Для обеспечения взаимодействия различных информационно-вычислительных задач, стоящих перед службой главного энергетика, желательно иметь соответствующую базу данных. В этой базе данных должна храниться информация о имеющемся первичном и вторичном оборудовании, его параметрах, состоянии, данных о ремонтах и др. Эта информация среди прочего может использоваться для определения параметров расчетных моделей электрической сети. С другой стороны, анализ существующих режимов электрооборудования (перегрузки, аварии), можно использовать для планирования ремонтов и замены оборудования.

Реализация всех 4-х этапов может выполняться как последовательно, так и одновременно. Возможно изменение порядка выполнения этапов.

При выполнении системы автоматизации электроснабжения конкретного промышленного предприятия нами выполняются проектные работы. Но первоначально мы выполняем предпроектное обследование, в результате которого определяются предварительные технические и стоимостные показатели проекта. Формируется набор различных вариантов реализации. А заказчик выбирает наиболее подходящий вариант.