СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ

Настоящая полезная модель относится к области электроизмерительной техники, мониторинга состояния трехфазной электрической сети, а именно, к многофункциональным многотарифным приборам учета электрической энергии предназначенным для контроля параметров электрической энергии, технического и коммерческого учета электрической энергии и управления в электрических сетях 6 -10/0,4 кВ. Применяется для создания автоматизированных систем управления объектами распределительной сети 6-10/0,4 кВ и организации непрерывного мониторинга режимов работы и состояния оборудования трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ, управления их основным и вспомогательным оборудованием, контроля датчиков пожарной и охранной сигнализации.
Известна система мониторинга удаленных необслуживаемых объектов и сбора данных о потреблении электроэнергии - аппаратно-программный комплекс «ЭЛЕКТРОН» по патенту на полезную модель РФ №147253, кл. МПК G06F 17/40, G06Q 50/06, опубл. 27.10.2014, содержащий установленные в телекоммуникационном шкафу вводно-распределительное устройство, включающее счетчик электроэнергии, контроллер объекта (КО) с подключенными к нему измерительными и дискретными датчиками, источник бесперебойного питания (ИБП), соединенный с выводами питания, при этом КО выполнен с возможностью сбора информации с измерительных и дискретных датчиков, передачи ее в центр мониторинга, характеризующийся тем, что КО соединен со счетчиком электроэнергии и выполнен с возможностью мониторинга параметров ИБП, чтения показаний счетчика электроэнергии, передачи информации о событиях объекта и потребленной электроэнергии в центр мониторинга и приема управляющих команд от центра мониторинга для воздействия на КО и ИБП.
Данная система мониторинга удаленных необслуживаемых объектов и сбора данных о потреблении электроэнергии - аппаратно-программный комплекс «ЭЛЕКТРОН» имеет недостаток, заключающийся в том, что для сбора данных о потреблении электроэнергии система помимо счетчика электроэнергии должна обязательно содержать контроллер объекта, что усложняет и удорожает систему. Кроме того система имеет ограниченное применение ввиду того, что в ней предусмотрена только возможность сбора информации и не предусмотрено отслеживание режимов работы электросети в реальном времени.
Известно устройство мониторинга и сигнализации состояния электрической сети по патенту на изобретение РФ №2501024, кл. МПК G01R 11/25, опубл. 10.12.2013, содержащее клеммную колодку, блоки датчиков напряжения и тока, микроконтроллер, индикатор работы устройства, интерфейс RS-485, оптический порт, резервный источник питания текущего времени встроенных в микроконтроллер часов, блок питания, радиоблок, энергонезависимую память и резервный источник питания. Устройство позволяет учитывать активную и реактивную энергию, отслеживать режимы работы электросети в реальном времени и при отклонении их от заданных величин сигнализировать об этом по радиоканалу.
Данное устройство мониторинга и сигнализации состояния электрической сети имеет недостаток, заключающийся в том, что при его использовании на трансформаторной подстанции нет возможности реализовать управление исполнительными устройствами (например, в случае необходимости осуществить телеуправление выключателями, вводами или другими коммутационными аппаратами).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является счетчик электрической энергии по патенту на полезную модель РФ №104321, кл. МПК G01R 22/00, опубл. 10.05.2011, содержащий блоки датчиков напряжения и тока, измерительный блок, микроконтроллер, порты ввода-вывода, блок индикации, блок кнопок управления, энергонезависимую память, часы реального времени, двухвходовый источник питания, блок беспроводной связи, блок входов телесигнализации и блок выходов телеуправления. Устройство позволяет измерять электрическую энергию в однофазных и трехфазных цепях переменного тока, а также контролировать состояние дискретных датчиков по входам телесигнализации (ТС) и подавать сигнал телеуправления (ТУ) к цепям управления коммутационного устройства.
Причины, ограничивающие применение данного технического решения следующие.
При наличии на подстанции устройств, подключенных к цепям ТУ и ТС (устройства релейной защиты, автоматические выключатели) становится невозможным подключить данный счетчик к уже задействованным цепям ТУ и ТС. Кроме того, количество сигналов ТУ и ТС на подстанции может превышать их количество в счетчике, что потребует подключения дополнительных модулей расширения ТУ и ТС.
Существенные признаки заявляемой модели следующие. Счетчик электрической энергии для автоматизированной системы управления и мониторинга трансформаторной подстанции содержит модули преобразования тока фаз A, B, C, модуль преобразования напряжения фаз A, B, C, двухвходовый источник питания, измерительное устройство, блок индикации, блок кнопок управления, микроконтроллер, энергонезависимую память, часы реального времени, источник резервного питания часов, порты ввода-вывода проводных каналов, блок беспроводной GSM/GPRS связи, блок входов телесигнализации, блок выходов телеуправления и двухпроводной порт Modbus.
В отличие от ближайшего аналога в состав счетчика дополнительно введен двухпроводной порт Modbus, для подключения счетчика в качестве ведущего Modbus-устройства к двухпроводной сети Modbus-устройств, которые имеются на подстанции.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в возможности совмещения в одном устройстве функций измерения параметров электроэнергии, контроля сигналов ТС, управления по цепям ТУ, ведущего Modbus-устройства для внешней сети Modbus-устройств и в обеспечении возможности реализации на базе одного устройства автоматизированной системы управления и мониторинга трансформаторной подстанции.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема заявляемого счетчика электрической энергии для автоматизированных систем управления и мониторинга трансформаторной подстанции.
Заявляемый счетчик электрической энергии содержит модули преобразования тока фаз A, B, C - 1, 2, 3, модуль преобразования напряжения фаз A, B, C - 4, двухвходовый источник питания 5, измерительное устройство 6, блок индикации 7, блок кнопок управления 8, источник резервного питания часов 9, часы реального времени 10, микроконтроллер 11, энергонезависимая память 12, порты ввода-вывода проводных каналов связи 13, блок беспроводной GSM/GPRS связи 14, блок входов телесигнализации 15, блок выходов телеуправления 16, двухпроводной порт Modbus 17.
Заявляемый счетчик работает следующим образом. Токи фаз A, B, C поступают на модули преобразования тока фаз A, B, C - 1, 2, 3 сигналы с которых пропорциональные токам по фазам A, B, C подаются на измерительное устройство 6 куда аналогично подаются сигналы с модуля преобразования напряжения фаз A, B, C - 4. Измерительное устройство 6 преобразует вычисленные по входным сигналам значения электроэнергии и других параметров электрической сети в цифровые сигналы по каждой из фаз A, B, C и совместно для трех фаз, которые подаются на микроконтроллер 11. Микроконтроллер 11 интегрирует значения электроэнергии по времени, учет которого ведется в часах реального времени 10, и сохраняет вычисленные значения параметров электрической сети в энергонезависимой памяти 12. При поступлении запроса на счетчик через порты ввода-вывода проводных каналов связи 13 или блок беспроводной GSM/GPRS связи 14, микроконтроллер 11 считывает необходимые данные из энергонезависимой памяти 12 и передает их в интерфейс, с которого пришел запрос. При поступлении через порты ввода-вывода проводных каналов связи 13 или через блок беспроводной GSM/GPRS связи 14 команды на включение/отключение оборудования подключенного к цепям ТУ и ТС счетчика, микроконтроллер 11 отрабатывает алгоритм включения/отключения оборудования, используя сигналы ТС о текущем состоянии оборудования, поступающие из блока входов телесигнализации 15, и выдает сигналы ТУ через блок выходов телеуправления 16. Во время работы счетчика микроконтроллер 11 постоянно отслеживает состояние сигналов ТС и в случае их изменения посылает сообщение об изменении сигнала ТС в порты ввода-вывода проводных каналов связи 13 или блок беспроводной GSM/GPRS связи 14. При поступлении через порты ввода-вывода проводных каналов связи 13 или блок беспроводной GSM/GPRS связи 14 команды для устройства во внешней проводной сети Modbus-устройств, микроконтроллер 11 распознает принятую команду и отравляет ее через двухпроводной порт Modbus 17 устройству в двухпроводной сети Modbus-устройств. Во время работы счетчика микроконтроллер 11 через двухпроводной порт Modbus 17 постоянно запрашивает состояние устройств во внешней двухпроводной сети Modbus-устройств и в случае изменения состояния устройства посылает команду с новым состоянием в порты ввода-вывода проводных каналов связи 13 или в блок беспроводной GSM/GPRS связи 14. Двухвходовый источник питания 5 служит для преобразования входного напряжения либо напряжения от источника резервного питания в напряжение, пригодное для питания модулей и узлов счетчика. Блок кнопок управления 8 служит для ручной смены режимов блока индикации счетчика. Источник резервного питания часов 9 служит для питания часов реального времени 10 при отсутствии напряжения в сети.
При создании данной полезной модели были решена поставленная задача, а именно за счет добавления двухпроводного порта Modbus в состав счетчика появилась возможность организации непрерывного мониторинга режимов работы и состояния оборудования трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ, управления их основным и вспомогательным оборудованием, контроля датчиков пожарной и охранной сигнализации. При этом, снимается ограничение по числу сигналов ТУ и ТС имеющихся в счетчике путем подключения во внешнюю двухпроводную сеть Modbus-устройств модулей расширения ТУ и ТС (например, широко распространенных модулей расширения компании ICPCON). Данная возможность обеспечивает приемлемое по стоимости техническое решение позволяющее организовать сбор, измерение и передачу всего необходимого объема информации о параметрах оборудования подстанций, а также осуществлять оперативное управление этим оборудованием.
Использование имеющегося канала связи GSM/GPRS для связи с центром мониторинга позволяет создавать на базе данных счетчиков полноценную систему телемеханики для автоматизированной системы управления и мониторинга трансформаторными подстанциями.