ПРЕСС-ЦЕНТР

Системы сбора и передачи доаварийной информации в энергетике

ЭнергоРынок 10/2005

Вопрос безопасной и бесперебойной работы объектов энергетики всегда был одним из первоочередных для руководства отрасли. Внедрение на энергетических предприятиях современных программно-технических комплексов и автоматизированных систем управления различного уровня позволило вывести работу по всем направлениям (в том числе по предупреждению сбоев и аварий) на качественно новый уровень. В предлагаемой статье рассматриваются технические характеристики систем сбора и передачи доаварийной информации на базе контроллера телемеханики Smart-КП ПА.

В условиях актуализации внедрения систем противоаварийного управления ЗАО РТСофт предлагает свои варианты исполнения оборудования противоаварийной автоматики, призванного предотвращать аварии в энергосистемах.

Система сбора и передачи доаварийной информации (ССПИ ПА) на базе специализированных устройств телемеханики охватывает множество энергообъектов, удаленных друг от друга на значительные расстояния, и предъявляет высокие требования как к их надежности, так и к простоте интеграции в единую систему в ходе пуско-наладки на объектах.

Назначение и основные принципы построения ССПИ ПА

ССПИ ПА являются одним из основных компонентов систем противоаварийного управления (ПАУ) типа АПНУ (автоматика предотвращения нарушения устойчивости), которые применяются для предотвращения общесистемных аварий в энергосистемах (ЭС), а также обеспечения устойчивости их работы [1,2].

Работа системы ПАУ осуществляется в несколько этапов:

  • ССПИ ПА выполняет сбор, первичную обработку и формирование непрерывно обновляемого массива данных о текущем значении параметров схемы и режима сети заданного района ПАУ на доаварийном этапе;
  • текущий массив данных о состоянии схемы и режима сети формируется в информационные сообщения и поступает в аппаратуру дозированного воздействия (АДВ);
  • АДВ по командам пусковых органов (ПО) формирует управляющие воздействия (УВ) на исполнительные органы (ИО) энергообъектов (ГРЭС, ТЭЦ, подстанции), которое приводит энергосистему в устойчивое состояние при различных штатных и нештатных (аварийных) ситуациях.

ССПИ ПА представляет собой распределенную информационную систему, состоящую из локальных (объектных) контроллеров, расположенных на энергообъектах и связанных между собой каналами передачи телеинформации (рис. 1). К основным задачам локального контроллера относятся:

  • непрерывный контроль мощности по сложному сечению, содержащему, как правило, несколько параллельно действующих ЛЭП различного напряжения, и трансляция получаемых сведений через другие контроллеры системы в центр сбора доаварийной информации ССПИ ПА;
  • прямой вывод телеизмерений и телесигнализации на сигнальные и алфавитно-цифровые индикаторы оперативно-диспетчерского персонала энергообъекта;
  • коммутация и маршрутизация доаварийной информации от других, т. е. смежных, ССПИ ПА либо отдельных энергообъектов, не входящих в данный район ПАУ, но влияющих на его аварийность;
  • формирование и передача информации в ССПИ ПА соседних районов ПАУ.
Рис.1 ССПИ ПА в составе системы ПАУ типа АПНУ

В качестве центра сбора доаварийной информации может использоваться как один из локальных контроллеров ССПИ ПА, так и локальный АДВ данного района ПАУ, выполняющий функцию сбора доаварийной информации по каналам телемеханики. Локальный контроллер, функционирующий как центр сбора информации в ССПИ ПА, дополняется также и функцией формирования и передачи информации в локальный АДВ данного района ПАУ.

Компания РТСофт на базе совместимых аппаратных и программных платформ с единым прикладным и сервисным ПО разработала семейство контроллеров телемеханики Smart-КП ПА, соответствующих задачам ССПИ ПА. Они модифицируются не только по функциональности, но и по конфигурации, составу и типам аппаратных и программных средств.  

Залог надежности

Особенности объектов электроэнергетики обуславливают повышенные требования к техническим параметрам решений по их автоматизации. Высокая надежность системы сбора и передачи доаварийной информации на базе контроллеров Smart-КП ПА достигается сочетанием отличных эксплуатационных характеристик всех ее составляющих на аппаратном, информационном, программном и сервисном уровнях.

Аппаратное обеспечение

Аппаратную часть Smart-КП ПА составляют микроконтроллеры, являющиеся серийной продукцией авторитетных зарубежных и отечественных поставщиков, а также ЗАО РТСофт . Данное оборудование имеет сертификат госстандарта России Об утверждении типа средств измерений DE.C.34.A 14431 от 24 марта 2003 г.

Применяемая аппаратная платформа обеспечивает наработку на отказ не менее 100000 часов.

Информационное обеспечение

Адаптация аппаратной части контроллеров к объектам и архитектуре ССПИ ПА осуществляется за счет информационной начинки системы, т. е. перечня присущих ей параметров от описания всех датчиков, подключаемых к локальным контроллерам на объектах, до маршрутов и форматов передачи данных в системе.

Именно от качества исходных данных (ИД) об объекте зависит успех исполнения заказа оборудования. Чтобы формализовать и максимально упростить процедуру подготовки ИД, разработана карта заказа, которая не предполагает знание контроллеров: заказчику необходимо лишь детализировать сведения об объекте контроля в объеме своей профессиональной компетенции по телеметрии в электроэнергетике. Согласованные с ним, а также с генеральным проектировщиком ИД используются для конфигурирования и параметризации контроллеров Smart-КП ПА, в результате чего в каждом контроллере создается информационная база данных, содержащая:

  • массив телесигналов и телеизмерений, т. е. весь объем локальной (непосредственно от датчиков и/или других устройств сопряжения, установленных на контролируемом объекте), ретранслируемой (принимаемой по каналам связи от других устройств телемеханики) и дорасчетной (рассчитанной с помощью встроенных функций и операторов по заданным формулам) телеинформации;
  • массив статусных сигналов (сведения о состоянии устройств телемеханики и каналов связи);
  • перечень и параметры каналов связи (скорость передачи данных и тип телемеханического протокола);
  • перечень и параметры модулей ввода/вывода (тип используемых модулей и их адресация).

Вся процедура конфигурирования и параметризации контроллеров под конкретный заказ автоматизирована и выполняется с помощью специальных технологических и пользовательских программных пакетов.

Программное обеспечение

Одной из важнейших составляющих надежности любого микроконтроллера является качество программного обеспечения (ПО). Контроллеры Smart-КП ПА призваны, с одной стороны, иметь потенциально широкое многообразие конфигураций и интерфейсов, а с другой гарантировать высокое качество заказных изделий при многообразии вариантов исполнения, что еще больше ужесточает требования к ПО.

В качестве системного ПО контроллеров используется операционная система реального времени (ОСРВ) OS-9 (Microware) одна из наиболее популярных операционных систем промышленного назначения. Многолетняя практика ее применения свидетельствует о высоком уровне надежности. Кроме того, ОСРВ обладает всеми характеристиками, необходимыми для решения задач промышленной автоматизации, а именно: гарантированной реакцией на программные или аппаратные прерывания, многозадачностью, механизмами синхронизации процессов, надежной файловой структурой, развитой сетевой поддержкой.

Прикладное ПО контроллеров представляет собой модульный пакет программ Smart-Monitor, разработанный специалистами РТСофт . Создание конкретного приложения выполняется в заводских условиях в два этапа:

  • конфигурирование Smart-Monitor с помощью технологического пакета Smart-Project, т. е. его адаптация к конфигурации и составу модулей контроллера;
  • параметризация Smart-Monitor с помощью пользовательского пакета Smart-Designer, т. е. наполнение его параметрами телесигналов, телеизмерений, каналов связи и т. п.

Процедура конфигурирования и параметризации Smart-Monitor выполняется в диалоговом режиме в табличной форме, поэтому создание приложения не связано с общепринятыми работами по программированию, что гарантирует отсутствие в загрузочном файле ошибок СИ-уровня. В завершение проводится тестирование изделия.

Модульность пакетов Smart-Project и Smart-Designer позволяет наращивать их функциональность, т. е. разрабатывать и добавлять новые драйверы, протоколы, функции обработки данных без переписывания и дополнительной отладки существующих пакетов. Пользовательский интерфейс работает в среде MS Windows, прост в использовании и защищен от ошибок оператора.

Время на создание адаптированного к объекту прикладного ПО контроллеров с применением Smart-Project и Smart-Designer зависит от сложности архитектуры системы ССПИ ПА в целом и локальных контроллеров в частности. Как правило, создание и проверка прикладного ПО занимает от двух до пяти, а тестирование (в том числе и в составе ССПИ ПА) от трех до восьми рабочих дней.

Сервисное обеспечение

Для оперативного контроля работоспособности контроллеров и изменения их параметров в ходе эксплуатации в прикладном ПО предусмотрен доступ к информационной базе контроллеров, который осуществляется с помощью панели оператора и сервисного пакета Smart-Diagnostic.

Панель оператора размещается на дверце шкафа контроллера и обеспечивает:

  • отображение и ручной ввод значений телесигнализации (ТС) и телеизмерений текущих параметров (ТИТ);
  • оперативное изменение параметров телеинформации;
  • отображение состояния устройств телемеханики и каналов связи.

Сервисный пакет Smart-Diagnostic, кроме функций панели оператора, позволяет просматривать журнал событий (срабатывание ТС, превышение уставок ТИТ, неисправность каналов связи, рестарт устройства). Сервисный пакет содержится на CD, для начала работы который достаточно установить на ПК (MS Windows) пользователя.

Резервирование

Повысить надежность системы позволяет резервирование составляющих ее элементов. Однако резервированный вариант выполняется только по решению генерального проектировщика и заказчика, так как в данном случае увеличиваются совокупные затраты последнего. При этом для объектов с низкой степенью безопасности дополнительные затраты вряд ли могут считаться избыточными, поскольку трудно переоценить гарантии стабильной и бесперебойной работы систем автоматизации.

В компании РТСофт на практике отработаны несколько видов резервирования:

  • резервированное исполнение локальных контроллеров;
  • резервирование каналов передачи данных;
  • резервирование потоков информации.

Резервированное исполнение Smart-КП ПА имеет, в свою очередь, несколько вариантов: дублирование микроконтроллеров, горячее резервирование со встроенным узлом коммутации и горячее резервирование с внешним блоком коммутации (для особо ответственных локальных узлов ССПИ ПА).

Резервирование каналов передачи данных применяется при наличии соответствующих возможностей каналообразующей аппаратуры связи. Поскольку канальные адаптеры контроллеров Smart-КП ПА имеют раздельные каналы приема и передачи данных, возможна реализация нескольких вариантов резервирования каналов (как полностью двунаправленного канала передачи данных, так и каждого направления в отдельности, т. е. по приему или по передаче данных в отдельности).

При наличии соответствующих архитектурных возможностей ССПИ ПА применяется резервирование потоков информации, при котором данные транслируются по нескольким маршрутам. Такая функция обеспечивается развитыми коммуникационными возможностями прикладного ПО контроллеров.

Каждому свое

За последние несколько лет компания РТСофт поставила и внедрила ряд ССПИ ПА в энергосистемах Южной и Центральной России, Восточной Сибири и Дальнего Востока. Готовится к вводу в эксплуатацию ССПИ ПА для энергосистемы Узбекистана. Наиболее масштабными проектами РТСофт являются:

  • ССПИ ПА электроснабжения Чеченской республики, установленная на энергообъектах ОЭС Северного Кавказа ПС 330 кВ Чир-Юрт, ПС 500 кВ Буденновск, ПС 330 кВ Прохладное, ПС 330 кВ Моздок, ПС 330 кВ В-2, ПС 330 кВ В-500, ПС 330 кВ Дербент, ПС 330 кВ Махачкала, Ирганайская ГЭС;
  • ССПИ ПА отбора мощности первого энергоблока Волгодонской АЭС (ОЭС Северного Кавказа Волгодонская АЭС, ПС 500 кВ Шахты ОПУ-500, ПС 500 кВ Буденовская, ПС 500 кВ Тихорецк, ПС 110 кВ Вешенская, ПС110 кВ Т-15, Новочеркасская ГРЭС);
  • ССПИ ПА Бурейской ГЭС (ОЭС Востока Бурейская ГЭС, ПС 500 кВ Хабаровская, ПС 220 кВ Завитинская, ПС 220 кВ Февральская, ПС 500 кВ Амурская).

В каждом из этих проектов при сохранении общих принципов и базового оборудования учтены и конкретные особенности объекта: иерархическая или кольцевая архитектура системы, конкретные средства операторского контроля, модели микроконтроллеров, поддерживаемые протоколы телемеханики, характеристики каналов телемеханики и скорости передачи данных, что обеспечивает безаварийную работу ГЭС, АЭС и сетевой электроэнергетики.

Литература

  1. Овчаренко Н. И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем. М.: НЦ ЭНАС, 2003.
  2. Иофьев Б. И., Семенов В. А. Структуры противоаварийной автоматики крупной электроэнергетической системы // Энергетик. 2005. 3, 5.