АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА, ЗАЩИТЫ И УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОДСТАНЦИИ
AUTOMATED SYSTEM OF MONITORING, PROTECTION AND CONTROL OF EQUIPMENT OF ELECTRICAL SUBSTATION

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для мониторинга, защиты и управления режимами работы оборудования на электрической подстанции.
Известна система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрических подстанций, содержащая датчики технических параметров оборудования электрической подстанции, соединенные линиями связи с панелью управления, связанной с диспетчерским пультом (см. патент РФ 2389117, опубл. 10.05.2010, H02J 3/00). Недостатками данной системы являются необходимость подключения большого числа линий связи к датчикам, недостаточная вычислительная мощность устройств панели управления, вызванная распределением задач системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции по большому количеству устройств разных типов. Большое число линий связи вызвано тем, что было необходимо подвести данные о токах, напряжениях и других параметрах оборудования электрической подстанции к каждому устройству, входящему в состав панели управления, где такая информация необходима. При этом каждый датчик должен иметь подмодули для преобразования входной аналоговой информации в цифровой вид, пригодный для обработки. И соответственно подмодули для преобразования результатов вычислений в аналоговый вид управляющих команд для передачи к оборудованию. Это приводит к сложности системы управления и ее ненадежности.
Известна также автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции, включающая датчики технических параметров оборудования электрической подстанции, соединенные с преобразователем электрического сигнала в оптический, оптическую шину передачи данных, преобразователи оптического сигнала в электрический сигнал, устройство для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции (см. патент РФ 2402139, опубл. 20.10.2010, H02J 13/00). Данная система выбрана в качестве прототипа настоящего изобретения.
В ней аналоговые связи между устройствами были заменены оптическими цифровыми. Таким образом удалось значительно сократить количество связей между устройствами, входящими в состав автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции. Однако существенным недостатком данной системы является то, что число типов интеллектуальных устройств, осуществляющих выполнение задач автоматизации, и их общее количество в составе автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции остается неизменно большим, что приводит к сложности и ненадежности работы в целом системы.
Техническая задача настоящего изобретения - упрощение автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции и повышение надежности ее работы.
Данная техническая задача решается за счет того, что автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции включает датчики технических параметров оборудования электрической подстанции, соединенные с преобразователем электрического сигнала в оптический. Кроме этого она содержит оптическую шину передачи данных и преобразователи оптического сигнала в электрический сигнал. Также в нее входит устройство для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции. Это устройство для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции выполнено в виде кластера серверов, состоящего из нескольких компьютеров, соединенных в единую систему. Кластер серверов соединен с устройством управления оборудования электрической подстанции, расположенного на рабочем месте оператора. Также он соединен отдельной шиной с устройствами, исполняющими команды управления, расположенными на оборудовании электрической подстанции, и с терминалом удаленного доступа.
Предлагаемая автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции поясняется с помощью прилагаемого чертежа. На фиг.1 изображена общая схема, поясняющая устройство автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции.
Сущность изобретения заключается в следующем. Датчики 1 технических параметров оборудования электрической подстанции 2 соединены с преобразователями 3 электрического сигнала в оптический. Эти преобразователи подключены к оптической шине передачи данных 4, на которой также расположены преобразователи 5 оптического сигнала в электрический сигнал, которые подключены непосредственно к устройству 6 для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции. Это устройство для мониторинга, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции выполнено в виде кластера серверов, состоящего из нескольких компьютеров 7, соединенных в единую систему с помощью внутренней информационной шины кластера 8. Кластер серверов соединен с устройством 9 управления оборудования электрической подстанции, расположенного на рабочем месте 10 оператора. Также он соединен отдельной шиной 11 с устройствами 12, исполняющими команды управления, расположенными на оборудовании электрической подстанции, и с терминалом удаленного доступа 13.
В качестве датчиков 1 оборудования электрической подстанции обычно предусмотрены датчики, которые расположены на трансформаторе и которые постоянно выполняют измерение параметров, таких как напряжение тока, температура обмотки, уровень масла, температура в помещении, состояние отводов, наличие газов в масле и т.д.
Оптическая шина передачи данных 6 может быть выполнена в виде сети Ethernet отказоустойчивой топологии с применением специальных протоколов резервирования с нулевым временем реконфигурирования сети. Данная сеть реализуется на основе оптической среды передачи данных для исключения проблем электромагнитной совместимости. Интерфейсы шины процесса и формат обмена данными стандартизован и изложен в IEC 61850.
В отличие от существующих систем, построенных на базе большого количества разнотипных устройств с ограниченным функционалом и разнородным аппаратным обеспечением, в ИТИП АСП используется отказоустойчивый аппаратный кластер «стандартных» серверов с функцией распределения нагрузки и поддержкой перераспределения процессов при отказе узлов кластера. Вычислительная кластерная платформа состоит из группы однотипных серверов (допускается применение гетерогенных платформ, но при применении однотипного аппаратного обеспечения достигается существенная экономия на обслуживании). Функционально серверы подразделяются на две группы - коммуникационные фронтенды, выполняющие задачи взаимодействия ИТИП АСП с периферийным оборудованием, и узлы кластера, обеспечивающие выполнение прикладного программного обеспечения. Сервера - участники кластера объединяются посредством специализированной высокопроизводительной LAN - шиной кластера, выполняющей функции взаимодействия компонентов кластера.
Внутренняя информационная шина кластера 8 представляет собой высокоскоростную сеть передачи данных, предназначенную для объединения компонентов кластера в единое целое. Данная сеть выполнена на основе специализированных технологий на базе стандартов IEEE 803.2 со скоростями обмена данными до 10 Гбит/с. Данная сеть физически изолирована от внешних шин в целях надежности и безопасности.
Кластер серверов имеет программный комплекс с модульной структурой. Кластер серверов с данным программным комплексом связан через линии связи с исполняющими команды защиты и управления устройствами 12, расположенными на оборудовании электрической подстанции. Данный комплекс решает следующие задачи:
- Дифференциальная защита линии
- Комплекс ступенчатых защит линии
- Дифференциальная защита трансформатора
- Дифференциальная защита шин
- Защита фидера
- Защита двигателя
- Защита генератора
- Обеспечение работы противоаварийной автоматики, в том числе для предотвращения нарушения устойчивости, для ликвидации асинхронного режима, для ограничения повышения частоты, для ограничения повышения напряжения.
- Интерпретация команд управления
- Выполнение оперативных блокировок
- Регистрации аварийных событий
- Определение места повреждения
- Контроль параметров качества электроэнергии
- Управление локальной автоматикой
- Учет электроэнергии
- Управление информационно-измерительным и информационно-вычислительным комплексами оборудовании электрической подстанции
- Мониторинг и диагностика силового оборудования
- Мониторинг и диагностика трансформаторного и другого маслонаполненного оборудования
- Мониторинг и диагностика коммутационной аппаратуры
- и т.д.
Рабочие места операторов 8, с которых производится управление оборудованием электрической подстанции, подключаются к кластеру серверов выделенной сетью из соображений безопасности. Весь трафик, который может быть перехвачен, передается в зашифрованном виде.
Автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции работает следующим образом. Сигналы с датчиков 1 оборудования электрической подстанции 2 через преобразователи 3 электрического сигнала в оптический и оптическую шину передачи данных 4 и преобразователи 5 оптического сигнала в электрический сигнал поступают в устройство 6 для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции, выполненное в виде кластера серверов. В этом устройстве производится регистрация, обработка и анализ этих сигналов, например сравнение с заданными параметрами. В результате анализа этих сигналов, например, при отклонении параметров от заданных производится выработка команд управления, которые по шине 11 поступают на устройства 12, расположенные на оборудовании электрической подстанции и исполняющие команды управления. Команды управления могут быть поданы также и с рабочего места оператора в ручном режиме, а также с терминала удаленного доступа 13.
Данная автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции может быть неоднократно изготовлена в промышленности с применением освоенных современных технологий, материалов и процессов на базе современных освоенных технологий и использована для мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции.
Данная автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции прошла стендовые испытания, в результате которых данная система показала высокую надежность, так как кластер - это отказоустойчивая архитектура, позволяющая обеспечить выполнение всех алгоритмов даже в случае выхода из строя нескольких серверов-узлов кластера. Кроме того, система гораздо проще существующих аналогов за счет значительного сокращения количества узлов, блоков и элементов, типов устройств, входящих в состав автоматизированной системы. Также система показала существенное снижение стоимости оборудования в сравнении с традиционным решением, сокращение сроков развертывания как следствие снижения трудоемкости проектирования, инжиниринга и наладки, высокую степень масштабируемости и простоту модернизации.
Данная автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции рекомендована к широкому внедрению в промышленность.