Автоматизация электроэнергетических системна производстве в целом подразумевает комплекс технических и программных средств, предназначенных для минимизации участия человека или снижения трудоемкости выполняемых операций в технологическом процессе. Основным предназначением автоматизации является оптимизация производственных процессов, позволяющая повысить производительность труда и снизить участие человека в представляющих опасность операциях. В состав систем автоматизации входят датчики измерения аналоговых величин, устройства ввода/вывода дискретных сигналов и передачи управляющих воздействий, средства сбора и обработки информации – серверы, человеко-машинные интерфейсы – панели управления и автоматизированные рабочие места (АРМ), а также сети передачи данных как уровня энергообъекта так и межобъектного обмена. Применение саморегулирующихся программно-технических комплексов (ПТК) и их совершенствование в конечном итоге ведет к созданию полностью автоматических систем, действующих без участия человека.
Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем представляет собой оснащение энергообъектов и электросетевых комплексов отдельными устройствами и системами для управления производством, передачей и распределением ЭЭ в нормальных и аварийных режимах.
К основным задачам автоматизации электроэнергетических систем (ЭЭС) относят:
- поддержку нормальных режимных параметров отдельного объекта и сети в целом;
- минимизацию потерь на производство и передачу электроэнергии – повышение КПД;
- повышение устойчивости ЭЭС за счет ликвидации аварийных и ненормальных режимов работы с максимальным быстродействием;
- минимизацию аварийности путем предотвращения развития ненормальных режимов работы в аварийные и своевременного проведения ремонта оборудования.
Эффективное комплексное решение указанных задач предназначено для обеспечения бесперебойного питания и повышения качества электроэнергии у конечного потребителя.
На предприятиях электроэнергетического комплекса автоматизация задействована на всех этапах производства - от проектирования до управления отдельным объектом и энергосистемой в целом.
К наиболее распространенным элементам автоматизации и автоматики относятся:
– система автоматизированного проектирования (САПР), позволяющая минимизировать трудоемкость процесса проектирования, сократить сроки и себестоимость проектирования, сократить затраты на натурное моделирование и испытания, повысить качество конечного продукта, в том числе путем снижения количества механических ошибок;
- релейная защита и автоматика (РЗА), предназначенная для ликвидации аварийных и предотвращения развития ненормальных режимов в рамках локального узла (распределительное устройство, линия, трансформатор, генератор и пр.);
- автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), выполняющая функции наблюдения за состоянием коммутационных аппаратов, переключающих и управляющих устройств, другого силового и вторичного оборудования; оперативного управления силовым и вторичным оборудованием; сбора, обработки и хранения данных нормального и аварийного режимов; взаимодействия с местными и удаленными АРМ диспетчеризации;
- автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ), обеспечивающая достоверный учет количества отпущенной и потребленной энергии, позволяющая не только упростить процесс коммерческих расчетов между поставщиком и потребителем, но и, за счет сбора аналитической информации, совершенствовать энергоэффективность передачи и потребления путем корректировки режимов нагрузки (например, смещением пиковых нагрузок, разнесением плановых ремонтов и техобслуживания), внедрения энергосберегающего оборудования и других мероприятий, направленных на снижение потерь и выравнивание графиков нагрузки;
- автоматизированная система контроля качества электроэнергии (АСККЭ), предназначенная для оценки основных показателей качества электроэнергии, таких как напряжение, частота, гармонические составляющие и пр., позволяющая не только контролировать состояние энергосистемы в режиме реального времени, но и разрабатывать мероприятия по обеспечению нормального функционирования оборудования на основании аналитических данных;
- противоаварийная автоматика (ПА), предназначенная для выявления, предотвращения развития и ликвидации ненормальных режимов, таких как асинхронный режим, нарушение устойчивости, снижение или повышение частоты, снижение или повышение напряжения, перегрузка оборудования, в сетях передачи электроэнергии высокого и сверхвысокого напряжения.
САПР
Задачами современных САПР являются:
- автоматизация оформления документации;
- автоматическое формирование большей части рабочей документации;
- информационная поддержка и автоматизация процесса принятия решений;
- использование технологий параллельной работы над проектом;
- унификация проектных решений и процессов проектирования;
- повторное использование проектных решений, данных и наработок;
- использование математического моделирования вместо натурных испытаний и макетирования;
- повышение эффективности управления процессом проектирования;
- применение методов оптимизации и вариантного проектирования.
РЗА
Релейная защита осуществляет непрерывный контроль состояния элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов, выявляя поврежденный участок и отключая его от электроэнергетической системы посредством воздействия на силовые выключатели.
Современные устройства РЗА выполняются на микропроцессорной базе (МП РЗА). По сравнению с устройствами релейной защиты на электромеханических реле МП РЗА имеет лучшие показатели быстродействия, чувствительности и надежности. Также применение микропроцессорной базы в устройствах РЗА позволяет помимо основных функций (отключение поврежденных участков и узлов электроэнергетической системы) реализовать и дополнительные, такие как самодиагностика, регистрация и осциллографирование, интеграция в АСУ ТП, разграничение прав доступа и пр.
АСУ ТП
АСУ ТП на объектах электроэнергетики выполняет следующие функции:
- сбор и обработка дискретной и аналоговой информации от основного оборудования;
- сбор и обработка информации от специализированных подсистем технологического управления (РЗА, локальная противоаварийная автоматика, управление вспомогательными технологическими процессами);
- дистанционное управление электротехническим оборудованием (коммутационными аппаратами, устройствами РПН силовых трансформаторов, источниками реактивной мощности);
- учет электропотребления и контроль качества электрической энергии;
- регистрация процессов и аварийных событий;
- генерация отчетов оперативной и учетной информации по основной и вспомогательной технологической деятельности;
- контроль работы аппаратуры и каналов связи;
- передача телеинформации, команд РЗА и ПА, диспетчерских команд по каналам связи;
- обеспечение информационной и общей безопасности АСУТП.
Современная АСУ ТП строится как трехуровневая система:
- В нижний уровень входят программно-технические средства и МП-контроллеры, обеспечивающие сбор информации, сигнализацию и выдачу команд управления.
- Средний уровень содержит устройства сбора, обработки и передачи информации на верхний уровень.
- Верхний уровень АСУ ТП составляют серверы, автоматизированные рабочие места (АРМ), средства локальной вычислительной сети для хранения и передачи данных.
Использование АСУ ТП на объектах электроэнергетики позволяет достичь уменьшения ошибок персонала, предотвращения повреждений основного электрооборудования, снижения трудозатрат при дальнейшем техническом обслуживании объектов, повышения устойчивости работы межсистемных и магистральных связей, увеличения надежности электроснабжения потребителей.
АИИС КУЭ
Функции АИИС КУЭ:
- контроль нагрузок и оперативный мониторинг в режиме реального времени;
- точный и оперативный учёт электроэнергии, измерение объема потребления или поставки;
- хранение параметров учета в базе данных;
- обеспечение многотарифного учета отпуска/потребления электроэнергии;
- передача полученных результатов проведенных измерений в АИИС КУЭ смежных субъектов;
- вывод расчетных параметров на экран и/или устройство печати;
- регистрация информации с учетом астрономического времени;
- фиксирование нарушений в специальном журнале учета событий для изучения оперативным, диспетчерским и ремонтным персоналом;
- сведение баланса электроэнергии;
- контроль и диагностика состояния элементов АИИС КУЭ, фиксация сбоев связи, работы с базами данным с уведомлением администратора и сохранением событий для анализа;
- разграничение прав доступа пользователей.
АИИС КУЭ представляет собой многоуровневую систему с централизованным управлением и распределенной функцией измерения. В общем случае первый уровень - это измерительные каналы (ИК), включающие в себя измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН), счетчики активной и реактивной электроэнергии. В микропроцессорах счетчика вычисляются значения активной, реактивной, полной мощности используя значения фазных токов и напряжений, полученных от ТТ и ТН. По цифровой связи счетчики передают измерительную информацию на следующий уровень АИИС КУЭ – измерительно-вычислительный комплекс электроустановки (ИВКЭ) на основе устройства сбора и передачи данных (УСПД). Здесь происходит накопление измерительной информации и передача накопленных данных на третий, верхний уровень системы. Третий уровень - информационно-вычислительный комплекс (ИВК) АИИС КУЭ, включающий в себя сервер базы данных (БД) АИИС КУЭ, систему обеспечения единого времени (СОЕВ), аппаратуру передачи данных внутренних и внешний каналов связи, автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора и программное обеспечение. На этом уровне выполняется резервное копирование, формирование и хранение поступающей информации, оформление справочных и отчетных документов и т.д.
АСККЭ
Автоматизированная система контроля качества электроэнергии также имеет многоуровневую структуру и выполняет следующие функции:
- автоматизированные измерения параметров электрической сети;
- сбор и обработка данных, полученных в ходе измерений;
- сбор диагностической и другой служебной информации о средствах измерения;
- хранение и передача информации;
- разграничение прав доступа пользователей.
ПА
Противоаварийная автоматика выполняет следующие функции:
- предотвращение нарушения устойчивости (АПНУ);
- ликвидация асинхронных режимов (АЛАР);
- ограничение снижения или повышения частоты (АОСЧ, АОПЧ);
- ограничение снижения или повышения напряжения (АОСН, АОПН);
- предотвращение недопустимых перегрузок силового оборудования (АОПО).
АПНУ организуется по иерархическому принципу и состоит из одного или нескольких уровней:
- уровень ЕЭС России (Единой энергетической системы России) – КСПА;
- уровень операционной зоны филиала ОАО «СО ЕЭС» ОДУ – ЦСПА;
- уровень объектов электроэнергетики – ЛАПНУ.
АЛАР, АОСЧ, АОПЧ, АОСН, АОПН, АОПО выполняются в виде локальных комплектов ПА.
В состав технических средств ПА входят:
- устройства измерения параметров доаварийного режима и текущих объемов управления,
- пусковые органы,
- исполнительные органы,
- устройства автоматической дозировки воздействия (АДВ), выполняющие выбор управляющих воздействий (УВ),
- устройства приема-передачи аварийных сигналов и команд (УПАСК), доаварийной информации;
- каналы передачи информации ПА.
Современные устройства ПА выполняются на микропроцессорной элементной базе, что позволяет совместить несколько функций в одном МПУ.
