УСТРОЙСТВО СБОРА, КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОДСТАНЦИИ

Полезная модель относится к области электроэнергетики для организации непрерывного мониторинга режимов работы и состояния оборудования электрических подстанций, управления их основным и вспомогательным оборудованием, сбора и хранения данных с интеллектуальных устройств подстанции, учета электрической энергии и контроля параметров электрической энергии и может быть применена при создании новых и модернизации существующих электрических подстанций.
Известна автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции (патент РФ № RU 2468407, МПК G05B 19/00, H02J 13/00, приоритет от 17.06.2011, опубл. 27.11.2012). Данная система выполнена в виде кластера серверов, состоящего из нескольких компьютеров, соединенных в единую систему, при этом кластер серверов соединен с устройством управления оборудованием электрической подстанции, расположенным на рабочем месте оператора, а также соединенным отдельной шиной с терминалом удаленного доступа и с устройствами управления оборудованием электрической подстанции.
Данная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции имеет недостаток, заключающийся в сложности конкретной реализации системы, обусловленной тем, что для реализации системы требуется дополнительное оборудование в виде устройства управления оборудованием электрической подстанции, расположенным на рабочем месте оператора, а также устройств согласования системы с устройствами управления оборудованием электрической подстанции. Причем характеристики дополнительных устройств зависят от состава и свойств оборудования конкретной подстанции.
Известно устройство предупреждения и оповещения о чрезвычайных ситуациях на объектах энергетики (патент РФ на полезную модель № RU 127939, МПК G01B 11/24, приоритет от 21.01.2013, опубл. 10.05.2013). Данное устройство предупреждения и оповещения о чрезвычайных ситуациях на объектах энергетики имеет недостаток, заключающийся в том, что в устройстве не предусмотрена возможность управления энергетическим оборудованием.
Известны технические решения по следующим патентам. Устройство управления и мониторинга ячейки комплектного распределительного устройства (патент РФ на изобретение № RU 2454772, МПК H02J 13/00, Н02В 13/00, приоритет от 30.03.2011, опубл. 27.03.2012). Модуль управления и мониторинга ячейки комплектного распределительного устройства и цифровая подстанция с ячейкой комплектного распределительного устройства, снабженной таким модулем (патент РФ на полезную модель № RU 107411, МПК Н02В 13/00, приоритет от 30.03.2011, опубл. 10.08.2011).
Последнее техническое решение является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению и принято в качестве прототипа. Устройство-прототип содержит три связанных между собой внутренней вычислительной сетью контроллера, к первому из которых подключены аналоговые входы, предназначенные для подключения к датчикам состояния ячейки электрической подстанции, второй контроллер, снабженный последовательным портом, к которому подключен сенсорный экран, и третий контроллер, снабженный дискретными входами для подключения к датчикам состояния ячейки электрической подстанции и дискретными выходами, к которым подключен формирователь релейных сигналов управления ячейкой электрической подстанции, при этом второй и третий контроллеры снабжены первым и вторым дублированными коммуникационными интерфейсами Ethernet, соответственно.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности его применения на традиционных электрических подстанциях, не оснащенных цифровой «шиной процесса», а также ограниченные возможности его применения на подстанциях оборудованных цифровой «шиной процесса», но имеющих в своем составе устройства с отличным от Ethernet интерфейсом.
Существенные признаки заявляемой модели следующие. Устройство сбора, контроля и управления оборудованием электрической подстанции содержит контроллер телеуправления, контроллер связи и архивации и контроллер измерений, которые связаны между собой внутренней вычислительной сетью. Контроллер телеуправления снабжен первым и вторым коммуникационными интерфейсами Ethernet, первым и вторым интерфейсами RS-485, дискретными входами для ввода сигналов от дискретных датчиков электрической подстанции и дискретными выходами, к которым подключен формирователь релейных сигналов управления оборудованием электрической подстанции. Контроллер связи и архивации снабжен третьим и четвертым коммуникационными интерфейсами Ethernet, интерфейсом беспроводной связи и последовательным интерфейсом, к которому подключен блок индикации и управления. Контроллер измерений снабжен аналоговыми входами для ввода сигналов от аналоговых датчиков электрической подстанции.
В отличие от прототипа, заявляемое устройство дополнительно содержит интерфейс беспроводной связи в составе контроллера связи и архивации и два интерфейса RS-485 в составе контроллера телеуправления.
Возможны и другие модификации предложенного устройства, не влияющие на сущность полезной модели. Например, предложенное устройство может иметь исполнения с числом интерфейсов RS-485 более двух для более быстрого опроса большого количества интеллектуальных устройств. Также предложенное устройство может быть реализовано не на трех независимых контроллерах, объединенных общей шиной, а на двух или на одном, более быстродействующем. Во всех случаях существенным отличительным признаком является наличие дополнительных интерфейсов, а не внутренняя реализация устройства.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в расширении технических возможностей устройства за счет введения дополнительных интерфейсов и, как следствие, расширение области применения устройства, а именно использование его для автоматизации подстанций с возможностью взаимодействия с имеющимися на подстанции интеллектуальными устройствами автоматизации подстанции без дополнительных устройств согласования, что повышает надежность и скорость управления оборудованием подстанции.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема заявляемого устройства сбора, контроля и управления оборудованием электрической подстанции. Заявляемое устройство содержит контроллер телеуправления 1, контроллер связи и архивации 2 и контроллер измерений 5, которые связаны между собой внутренней вычислительной сетью.
Контроллер телеуправления 1 снабжен первым и вторым коммуникационными интерфейсами типа Ethernet, первым и вторым интерфейсами RS-485, дискретными входами для ввода сигналов от дискретных датчиков электрической подстанции и дискретными выходами, к которым подключен формирователь релейных сигналов управления 3. Контроллер связи и архивации 2 снабжен третьим и четвертым коммуникационными интерфейсами Ethernet, интерфейсом беспроводной связи и последовательным интерфейсом, к которому подключен блок индикации и управления 4. Контроллер измерений 5 снабжен аналоговыми входами для ввода сигналов от аналоговых датчиков электрической подстанции.
Контроллер телеуправления 1 осуществляет обмен данными управления и состояния с интеллектуальными устройствами по первому или по второму портам Ethernet и по первому или по второму портам RS-485, осуществляет ввод и контроль сигналов от дискретных датчиков подстанции и производит непосредственное управление оборудованием подстанции через блок формирования релейных сигналов 3.
Контроллер связи и архивации 2 осуществляет обмен данным управления и состояния с верхним уровнем системы управления подстанцией по третьему или по четвертому портам Ethernet или через порт беспроводной связи, осуществляет обмен данными с блоком индикации и управления и обеспечивает хранение исходных, текущих и выходных данных.
Контроллер измерений 5 вводит сигналы от аналоговых датчиков подстанции (например с датчиков тока, с датчиков напряжения и других аналоговых датчиков), преобразует введенные сигналы в цифровые данные, вычисляет требуемые показатели (например по значениям тока и напряжения вычисляет мощность) и реализует передачу цифровых данных и вычисленных показателей по внутренней локальной сети в контроллер связи и архивации 2.
Задание состава и характеристик внешнего оборудования, подключенного к устройству сбора, контроля и управления оборудования электрической подстанции и параметров управляющих и контролируемых сигналов осуществляется с блока индикации и управления 4, или от внешнего комплекса автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) через порт беспроводной связи, или через третий и четвертый порты Ethernet, которые сохраняются в контроллере связи и архивирования 2 и передаются по внутренней вычислительной сети в контроллер телеуправления 1 и в контроллер измерений 5.
Преимуществом предлагаемого устройства является возможность его применения не только на новых электрических подстанциях, но и при модернизации уже существующих, которые содержат не подлежащие замене по срокам эксплуатации и по своим функциональным характеристикам интеллектуальные устройства, взаимодействующие по наиболее распространенным интерфейсам RS-485. Использование данного устройства не потребует введения дополнительных согласующих устройств для организации взаимодействия имеющихся интеллектуальных устройств с вновь вводимыми устройствами сбора, контроля и управления оборудованием электрической подстанции и объединения их в единую систему. Кроме того, на удаленных подстанциях и на подстанциях в электрических сетях 6-10/0,4 кВ, как правило, отсутствуют каналы Ethernet для связи с внешним комплексом АСУТП, а используются беспроводные каналы связи, что реализовано в предлагаемом устройстве.