Проектирование системы удалённого мониторинга трансформаторно-распределительной подстанции

УДК 621.311.426

Т. В. Жукова, М. Д. Жукова

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УДАЛЁННОГО МОНИТОРИНГА ТРАНСФОРМАТОРНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ

В статье рассматриваются этапы проектирования системы удалённого мониторинга трансформаторно-распределительной подстанции. На основе исследования существующих решений и технико-эксплуатационных параметров комплектной распределительной и трансформаторной подстанции КРТП Mistral были сформулированы требования и особенности проектируемой системы, произведён выбор оборудования, составлена структурная схема и написана программа для программируемого логического контроллера.

Ключевые слова: система удалённого мониторинга, трансформаторно-распределительная подстанция, программируемый логический контроллер, датчики, GSM-модуль.

Назначение системы удалённого мониторинга трансформаторно-распределительной подстанции (ТРП) — предоставлять в режиме реального времени значения параметров силовых трансформаторов, трансформаторов тока, рубильников и выключателей и при аварийных ситуациях оповещать диспетчера или рабочую бригаду о неисправности посредством SMS-сообщений. Своевременное обнаружение отклонений этих параметров от эталонных позволит предупредить аварии, влекущие за собой выход из строя оборудования, замена которого проблематична, затратна и сопровождается отключением потребителей от электроснабжения.

Систему мониторинга можно представить в виде трёх уровней:

1. Датчики и другие контрольно-измерительные приборы;

2. Программируемые логические контроллеры (ПЛК);

3. Диспетчерский пункт, автоматизированное рабочее место, серверы.

Первый уровень такой системы называют также «полевым», т. к. оборудование, относящееся к этому уровню, находится непосредственно в месте сбора информации. Между первым и вторым уровнем можно выделить промежуточное звено, которое может быть, а может отсутствовать в системах мониторинга — это модуль ввода / вывода, которые обеспечивают сбор сигналов от датчиков, измерителей и органов управления.

Жукова Татьяна Витальевна — старший преподаватель кафедры «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» (Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия); e-mail: 000521@pnu.edu.ru.

Жукова Маргарита Дмитриевна — магистрант (Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия).

© Жукова Т. В., Жукова М. Д., 2018

63

Уровень программируемых логических контроллеров обрабатывает полученную с датчиков информацию и, в зависимости от задач системы, выполняет ту или иную функцию, которая обязательно включает передачу информации на верхний, третий, уровень — уровень диспетчерского наблюдения, хранения и архивирования данных.

При проектировании аппаратной части системы удалённого мониторинга ТРП учитывались следующие требования:

1. Измерение напряжения производится с помощью датчиков напряжения на силовых трансформаторах;

2. Измерение тока производится на трансформаторах тока;

3. Защита от несанкционированного проникновения осуществляется при помощи герконового датчика, подключаемого к ПЛК;

4. Определение аварийных ситуаций осуществляется с помощью сравнения заложенной в ПЛК информации с информацией, поступающей от датчиков;

5. Информация с датчиков передаётся через СБМ-модуль на телефон бригады рабочих. Передача информации предполагает два режима: ручной и автоматический. В ручном режиме оператор имеет возможность послать запрос для проверки системы. В автоматическом режиме при обнаружении системой неисправности обслуживающей бригаде посылается БМБ-сообщение с кодом проблемы.

Структурная схема разрабатываемой системы мониторинга ТРП представлена на рисунке 1.

Мобильный телефон

Т

__ Промышленный

Датчики ' логический контроллер

Оборудование ТРП

Рис. 1. Структурная схема системы удалённого мониторинга ТРП

64

В качестве объекта автоматизации была выбрана трансформаторно-распределительная подстанция Mistral, производства ЗАО «АЛЬСТОМ Грид» [1]. Комплектная распределительная подстанция наружной установки в бетонном корпусе серии КРТП Mistral представляет собой отдельно стоящее здание.

Анализ оборудования ТРП показал, что проектируемая система мониторинга с учётом необходимого набора датчиков должна иметь восемь дискретных и десять аналоговых входов. Для осуществления требуемых функций был выбран логический контроллер nnK110[M02] компании Овен [2] (рис. 2).

Рис. 2. ПЛК110[М02]

Выбранный контроллер принадлежит линейке программируемых моноблочных контроллеров с дискретными входами / выходами. Он оптимален для построения систем автоматизации среднего уровня и распределённых систем управления. В данном ПЛК отсутствуют аналоговые входы, но есть возможность подключать модули аналогового ввода. Для построения системы используем два модуля МВ110-2А и МВ110-8А с двумя и восемью аналоговыми входами соответственно.

Для организации оповещения об аварийных ситуациях посредством СМС-сообщений был выбран GSM/GPRS модем ОВЕН ПМ01, который предназначен для удалённого обмена данными через беспроводные системы связи стандарта GSM с оборудованием, оснащённым последовательными интерфейсами связи RS232 или RS485.

Схема системы с подключёнными к ней датчиками будет выглядеть, как показано на рисунке 3. На цифровые входы ПЛК поступают сигналы от датчиков:

- автоматических выключателей, обозначенных как QF1-I, QF2-II, QF-2-I;

- разъединителей, обозначенных как QS1-I, QS1-II, QS2-I, QS2-II;

- геркона.

65

Рис. 3. Схема подключения датчиков, GSM-модуля и модулей аналогового ввода к ПЛК

На модули аналогового ввода МВ110-8А и МВ110-2А поступают сигналы:

- от трансформаторов тока, обозначенных как 3xTA-I, 3xTA-II;

- от трансформаторов тока нейтрали, обозначенных как TAN-I, TAN-II;

- от датчиков активной и реактивной энергии панели учёта электроэнергии секций № 1 и № 2, обозначенных как ШО70-3М-60;

- от силовых трансформаторов, обозначенных как T1, Т2.

Для программирования ПЛК использовался программный комплекс промышленной автоматизации CoDeSys V2.3 (Controller Development System). В среде CoDeSys имеется встроенный эмулятор контроллера, что позволяет начать работу без приобретения аппаратных средств. На рисунке 4 показано окно приложения в режиме конфигурирования ПЛК.

Разработанная система позволяет получать информацию о текущем состоянии ТРП удалённо в режиме on-line. Программа, написанная для ПЛК, может быть легко адаптирована под трансформаторную подстанцию с различными схемами и разным числом секций.

66

Ресурсы & J Глобал^ые

Щ 'л'-гт

ф Í'.'UH _Сц

_| M.lpmslAUaLVZAIIQNUSS.1 н и fiwSímioMM ОДтлРдоАОом« И _| Ычп ECSFCIB 13 0 _1 Mima f OwtrHH Ib ?£7.09 1 d В _| ínSums! StultComlb лгоб 1

s _j Mum sysubtime.uc 20 г|

Fl _J 'ч* i.:;-, f srSTASUHFQ UB И В IB M™™.UHM.J>ltZ0611ií E> _1 EidMiHU4fcl&S.10l5l4Я

Бйртл^ил

J^j КсНфМфЛЦИЯ 3flfld4 Ко»Ч*Гу(НШ« Tpeeof

SMer«p»:ep вивмиотеи

MtMWWp f4(4MCipW

~ Щ/t Hscipofrji целевой плат фс©w Ь@1ПК-Брву»р Рйв^чай óértetib 2 Ц.И>рвввятрв«к9«кв

В PLC110_32 -

5 Fasl discrete inpulsíSLOT] В—Dvscjele inputó  16|FIX]

á-4 at %igi & gfTE; г 8 «gtttlñp]

си31 at %ix1 0 ft bqol: г Sit OMATfelXldLI: 6ÖOC Г Sit —olb at 41x1 a2: BOOL, r Bit oi& at 41x1 .o i bool. re« от at 41x1.0,4 Boot: г Bit ra&at%ix1.0_s: BOOL, г Sit —019 at 41x1 as: bool; г Bit —оно ат41х1ф.7: bool; (' 6« Ó—AT41BI1 evTE:re«a«i»inpi. AT Ч1Х1 iftBoot: reiten

AT 41X1 1.1: 0001; Г Bit 1 *>

— AT Ч1Х11.2 BOOt; Г Bit 2 ')

— AT Ч1Х1 1.3.0001. (' 0it3*>

— AT 41X1 14 BOOtl P Sit 4 > AT %IX1.15: BOOL: Г Bit 5 "J

— AT 41X11.6: BOOL;

— AT 41X117: BOOL: Г Bit 7 *) S—Fas1 discrete OulpuWtSLOT]

-oq1 at 40X2.0: BOOL 002 at %QX2.1: BOOL —D03 at 40X2.2: bool —D04 at 40X2.3: BOOL

(•Fast«* С Fast dis< Г Fast diS' С Fasidia.^

Kt»<neHT4fM<r |s ttxitfiy'rftfis

1С r-ímso». 200Ú

К.««: I

Размер: в Идвнг rw

Рис. 4. Конфигурация ПЛК в среде CoDeSys

Применение разработанной системы удалённого мониторинга позволит улучшить качество работы распределительных сетей благодаря более оперативной реакции диспетчерского и дежурного персонала на аварийные ситуации, что может способствовать развитию взаимовыгодных отношений распределительной сетевой компании с потребителями.

Список литературы

1. КР

2. Овен [Электронный ресурс]: сайт компании. URL: http://www.owen.ru/ catalog/ programmiruemij_logicheskij_kontroller_oven_plk110/opisanie (дата обращения 20.10.2018).

•Je

Zhukova Tatyana V., Zhukova Margarita D. DESIGNING OF A REMOTE MONITORING SYSTEM OF A TRANSFORMER-DISTRIBUTIVE SUBSTATION

The article describes the developed system of remote monitoring of a transformer-distribution substation. Based on the study of existing solutions, the requirements and features of the designed system were formulated, equipment was selected, a block diagram was made, and a program for a programmable logic controller was written. The purpose of the remote monitoring system is to provide in real time the values of the main parameters of the substation and notify the dispatcher about the malfunction through SMS-messages. Timely detection of deviations of these parameters will prevent accidents that lead to equipment failure and disconnection of consumers from the power supply.

67

Keywords: remote monitoring system, transformer-distribution substation, programmable logic controller, sensors, GSM-module.

References

1. KR

2. Owen: company website. Available at: http://www.owen.ru/catalog/ programmiruemij_logicheskij_kontroller_oven_plk110/opisanie

k -k -k

68