РЗА-2010

Подождите немного. Документ загружается.

Релейная защита и автоматика энергосистем

280

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СБОРА И ПРОСМОТРА

АВАРИЙНОЙ ИНФОРМАЦИИ ОТ РАЗНОРОДНЫХ

РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ.

НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ

ГОРЕЛИК Т.Г., ЛОБАНОВ С.В., МОГИЛЕВКИН Д.В.

ОАО «НИИПТ»

Для энергетики России приобретают особо важное значение вопросы надежности функциониро-

вания оборудования энергообъектов, своевременного обнаружения и регистрации предаварийных и

аварийных ситуаций, структурированного, точного, полного анализа поступающих аварийных дан-

ных для оперативного принятия решений по управлению энергообъектом, анализа причин аварий и

предотвращения их в будущем.

Наиболее сложны для расшифровки аварийные данные, поступающие в общий диспетчерский

центр в случае сложной системной аварии, охватывающей несколько подстанций и электростанций.

Сложность расшифровки таких аварийных данных связана не только с проблемами временной син-

хронизации, но и с необходимостью рассмотрения очень большого объема информации.

При стыковке осциллограмм аварийных процессов от разнородных источников информации, как

правило, возникают проблемы, вызываемые следующими причинами:

• Различной точностью привязки аварийных осциллограмм к единому времени.

• Разным шагом осциллографирования аварийной информации.

• Неодновременностью времен начала и окончания процесса осциллографирования в разных

регистраторах.

• Не во всех регистраторах аварийных процессов есть возможность автоматической перекодировки

данных в универсальный формат Comtrade.

• Неоднозначностью трактовки формата Comtrade различными фирмами, что обуславливает не-

обходимость дополнительной обработки данных.

• Отсутствием единой системы классификации и кодирования аварийной информации в масшта-

бах ЕЭС.

• Невысокой скоростью передачи информации при использовании связи по 485 интерфейсу.

• Автономным характером систем регистрации и программ для просмотра и анализа аварийных

процессов.

• Минимальным объемом программ анализа и обработки аварийной информации.

• Практическим отсутствием в ЕЭС интегрированных систем регистрации и анализа аварийных

процессов.

Решением проблемы регистрации и отображения сложных аварийных процессов НИИ Посто-

янного тока занимается практически с начала 90-х гг. За истекший период нами последовательно

были решены проблемы синхронизации съема информации, стыковки в единую систему разнород-

ных источников информации, в качестве которых могут выступать микропроцессорные устройства

отечественных и зарубежных фирм, создание специального комплекса программ, обеспечивающего

удобный интерфейс для работы персонала разных служб: релейной, диспетчерской, административ-

ного персонала, других служб. Программно-технический комплекс (ПТК) внедрен на Выборгской

преобразовательной подстанции и других энергообъектах под названием стационарная система пере-

дачи и просмотра аварийной информации — ЦРА.

ПТК предназначен для организации постоянного мониторинга и контроля аварийных, предава-

рийных и послеаварийных переходных процессов, с помощью современных микропроцессорных

систем регистрации аварийных процессов и РЗА и позволяет осуществлять решение задач сбора,

Москва, 1–4 июня 2010 г.

281

обработки, передачи и просмотра аварийной информации непосредственно на подстанции и на

верхних уровнях управления сетью.

При разработке ПТК преследовалась цель создания комплекса, позволяющего в максимальной

степени упростить расшифровку аварийной информации и обеспечить возможность использования

ее в оперативном управлении для сокращения аварийных простоев, своевременной диагностики

повреждений, решения проблем координации релейной защиты и системной противоаварийной

автоматики и др.

Рассмотрим структуру системы, которая строится непосредственно на энергообъекте.

В связи с широким ассортиментом технических средств, используемых для построения АСУ ТП

ПС, представленных в настоящее время на рынке, допускается варьирование структуры системы.

Среди возможного множества вариантов имеются два основных:

— Первый вариант представляет собой систему, базирующуюся на использовании концентраторов

данных. Этот вариант наиболее распространен в отечественных и зарубежных системах, многократ-

но апробирован на подстанциях ЕНЭС, допускает различные модификации и имеет перспективы

дальнейшего развития.

— Второй вариант предполагает использование для передачи информации внутри подстанции

стандарта МЭК 61850. Во втором варианте возможно применение двух подвариантов структуры: с

концентраторами данных (шлюзами или станционными контроллерами) и с непосредственной связью

устройств (в том числе МП РЗА и ПА) с сервером.

Система в варианте с концентраторами данных имеет 3-уровневую структуру, совпадающую со

структурой АСУ ТП ПС.

В системе выделяется три уровня программно-технических средств (ПТС): нижний (полевой),

средний и верхний.

К нижнему (полевому) уровню относятся все устройства, которые непосредственно связаны с объ-

ектом управления. С их помощью обеспечивается сбор аварийной информации, необходимый для

функционирования системы в целом. В качестве ПТС нижнего уровня используется набор локальных

МП устройств (контроллеров), в том числе: микропроцессорные защиты, ПА, контроллеры АСУТП,

автономные РАС, подключаемые к промышленным сетям передачи данных. Устройства нижнего

уровня размещаются в помещениях соответствующих РЩ.

Средний уровень образуют устройства концентрации, обработки и передачи информации от

устройств нижнего уровня на верхний уровень. Микропроцессорные устройства, относящиеся к

некоторой территориальной единице подстанции (ОРУ, КРУ, ОПУ и т. п.), оптоволоконными кабе-

лями (или витыми парами) подключаются к концентратору (шлюзу), к которому подключаются все

микропроцессорные устройства данной зоны. Все концентраторы подключаются к локальной сети

подстанции, используя Ethernet и протокол TCP/IP.

К верхнему уровню относятся средства передачи, хранения, накопления и представления ин-

формации, а также средства локальной вычислительной сети (центральный сервер АСУ ТП, сервер

телемеханики, сервер ССПТИ и основные АРМ).

Преимуществом данной структуры является гибкость в использовании средств стыковки устройств

разных производителей и интеграции их в единую систему. Наличие буферирования информации

на разных уровнях позволяет свести к минимуму вероятность потери информации при нарушениях

в каналах связи между уровнями системы. Для повышения надежности в системе может широко

использоваться дублирование и резервирование контроллеров и других компонентов. Система до-

пускает возможность наращивания в процессе эксплуатации, замену или модернизацию различных

устройств. Основное преимущество данной структуры заключается в возможности интеграции

различных функций от одних и тех же устройств. Так в системе одновременно можно использовать

аварийную информацию от микропроцессорных устройств и от цифровых осциллографов с различ-

ными протоколами связи.

В качестве примера на рис. 1 приведена структурная схема АСУ ТП крупной подстанции 500/220 кВ.

В состав системы входят устройства МПРЗА и ПА разных типов, концентраторы, серверы, средства

телемеханики и другие устройства.

Релейная защита и автоматика энергосистем

282

В структуре системы, базирующейся на применении протокола МЭК 61850, могут отсутствовать про-

межуточные концентраторы данных. Микропроцессорные устройства, являющиеся источниками ин-

формации, напрямую обмениваются информацией друг с другом и с центральным сервером. Аварийная

информация от источников передается в сервер АСУ ТП в файловом режиме в формате COMTRADE.

Локальная сетевая структура, по которой передается аварийная информация, в этом варианте отлича-

ется от структуры первого варианта повышенными требованиями к быстродействию сети.

Согласно протоколу IEC 61850 7-4 ч. 5.5.2 для организации функции осциллографирования в

устройствах, соответствующих данному протоколу, создается отдельное логическое устройство (Logical

Device) «Регистратор аварийных событий» (Disturbance recorder), внутри которого выделяют три вида

логических узлов:

• логический узел RDRE (Disturbance recorder function);

• логический узел RADR (Disturbance recorder channel analogue);

• логический узел RBDR (Disturbance recorder channel binary).

Логический узел RDRE необходим для получения общей информации по осциллографирова-

нию в логическом устройстве, и соответственно имеется только один экземпляр данного класса в

устройстве. Узлы RADR выделяются отдельно на каждый аналоговый канал осциллографирования,

а узлы RBDR – на каждый дискретный канал. Хранение данных осциллограмм осуществляется в

виде COMTRADE файлов (IEC 60255-24), которые должны быть доступны для загрузки с помощью

сервиса передачи файлов (61850-7-2 ч. 20 File transfer и 61850-8-1 ч. 23 File transfer) или дополнительно

по FTP (RFC 542). Сервер, имеющий логические устройства, должен содержать в корне файловой

системы директорию LD (“/LD”), а поддиректории LD должны называться так же, как и соответству-

ющие им логические устройства. Файлы осциллограмм (файлы, имеющие расширение *.hdr , *.cfg,

*.dat, или *.zip для упакованных COMTRADE файлов) должны находиться внутри поддиректории

“COMTRADE” соответствующего логического устройства.

Рис. 1. Структурная схема АСУ ТП ПС 500/220/110кВ

Москва, 1–4 июня 2010 г.

283

Разработанная структура системы обеспечивает автоматическую передачу аварийной информации

по всей цепочке – от устройств регистрации на подстанции на сервер АСУТП и далее средствами

ССПТИ в АСТУ ФСК ЕЭС и в СО ЕЭС.

Разработанная структура технических средств позволила создать программное обеспечение, обе-

спечивающее высокий уровень автоматизации обработки аварийной информации, поступающей на

диспетчерский пункт от множества осциллографов, расположенных в различных территориально

удаленных точках энергообъединения.

Программное обеспечение серверной части на подстанции (станции) выполняет следующие функ-

ции:

• Предварительная обработка аварийных данных на сервере системы: перекодировка осцилло-

грамм аварийных процессов от микропроцессорных устройств, не поддерживающих стандартные

форматы, из их внутреннего формата в универсальный формат Comtrade и т. д.

• Объединение на сервере отдельных осциллограмм в единые аварийные процессы по признаку

общего интервала времени. В системе реальна ситуация, когда осциллографирование по отдельным

регистраторам началось и закончилось неодновременно. Обрабатывающая программа на сервере

объединяет отдельные осциллограммы в единый блок для дальнейшего просмотра.

• Ведение долговременного архива аварийных процессов на объекте.

• Приведение (аппроксимация) осциллограмм аварийных процессов к единому шагу осцилло-

графирования. Минимальный шаг осциллографирования выбирается равным минимальному шагу

осциллографирования из всех регистраторов, включенных в систему.

• Передача из архива АСУТП дискретных сигналов для отображения на осциллограмме последо-

вательности срабатывания защит, блинкеров, коммутационной аппаратуры и др.

• Автоматическая разбивка по кадрам по заранее заданным пользователем программы критериям

(в один кадр попадает информация от физически связанных величин, например 3 фазы токов и 3 фазы

напряжений по присоединениям).

• Подготовка и архивирование файла аварии для передачи на верхние уровни диспетчерского

управления.

Программное обеспечение рабочей станции выполняет следующие функции (рис. 2 и рис. 3):

• Сохранение аварийной информации в пользовательском архиве на рабочей станции.

• Многооконный интерфейс (отображение осциллограмм в нескольких кадрах на экране одно-

временно).

• Наличие обзорного кадра, позволяющего осуществлять экспресс-анализ всего аварийного про-

цесса и быстро перемещаться по временной оси аварии.

• Изменение масштаба графического отображения сигналов по временной оси и амплитуде, а

также инструменты «Лупа» и Zoom.

• Возможность работы с группами сигналов.

• Экспресс-обзор зоны распространения аварии по объекту (какие присоединения, оборудование,

сигналы задействованы в аварии).

• Вывод численного значения сигнала и перемещение его в любое место графической области.

• Широкий спектр инструментов для подготовки документа к печати (цвет, линии, тексты, метки,

стрелки и т. д.), позволяющий пользователю автоматизировать процесс анализа осциллограмм. Режим

предварительного просмотра. Распечатка осциллограмм.

• Наличие векторных диаграмм в индикаторном и оконном режиме, а также разложение трех-

фазных систем на прямую, обратную и нулевую последовательность.

• Разложение мгновенных напряжений и токов на гармонические составляющие.

• Определение максимальных и минимальных амплитудных и действующих значений на опреде-

ленном временном интервале.

• Настройка конфигурации программы просмотра под конкретного пользователя.

• Режим предварительного просмотра осциллограмм.

• Полноэкранный режим работы.

Релейная защита и автоматика энергосистем

284

#.2. $ 6@' >@6

Рис. 2. Пример АРМ ЦРА

Рис. 3. Пример АРМ ЦРА

Москва, 1–4 июня 2010 г.

285

• Экспорт данных в Ms Exel.

• Возможность сохранения, считывания и отображения файлов аварий в универсальном Comtrade

формате текстовом или бинарном.

Основное внимание при разработке программного обеспечения обращалось на создание макси-

мально удобного интерфейса оператора. Объем аварийной информации при сложных системных

авариях достаточно велик, выдача его в простейшем виде (например, в форме простого суммирования

сигналов от разных осциллографов) неприемлема, поскольку дежурный персонал не сможет осмыс-

лить и использовать эту информацию. Поэтому в системе отображения использованы различные

средства обобщения информации, представления ее в качественном виде, выделения существенных

признаков цветом, звуком и др. Неинформативные и второстепенные явления и сигналы устраняются

с помощью специальных фильтров. В программном обеспечении предусмотрены широкие возмож-

ности настройки системы отображения непосредственно эксплуатационным персоналом.

Для оперативного персонала, на базе программного комплекса СКАДА-НИИПТ разработана

система, облегчающая анализ аварийного процесса не только релейному, но и оперативному пер-

соналу. Программный комплекс предоставляет возможность отображать получаемую информацию

в виде ведомостей событий, мнемосхем, панелей аварийно-предупредительных сигнализаций. На

дисплей выведена дискретная информация, необходимая для адекватной оценки аварийной ситуации

и управления объектом. Предусмотрена возможность настройки системы отображения под конкрет-

ного пользователя. Реализованы мнемосхемы с расположением схемы расстановки регистраторов

аварийных процессов на карте энергообъединения, мнемосхемы расположения регистраторов ава-

рий на главной электрической схеме энергообъекта, ведомость событий с сигналами о поступлении

осциллограмм аварий и пусках регистраторов. Из ведомости событий предусмотрен механизм вызова

программы «Осциллограф» с автоматическим запуском конкретной аварии.

Программный комплекс обработки и отображения аварийной информации от распределенных

разнородных устройств регистрации реализован на Выборгской преобразовательной подстанции

330/400кВ линии электропередачи Россия–Финляндия, Калининградской ТЭЦ-2, а также представ-

лен в составе системы АСУ ТП разработки ОАО «НИИПТ» на многих энергообъектах ОАО «ФСК

ЕЭС». Внедрение данного программного комплекса позволяет повысить общую надежность, и, в

частности, снизить ущерб от нарушений энергоснабжения целых регионов при сложных авариях в

объединенных энергосистемах за счет оперативного выявления и локализации неисправностей.

Релейная защита и автоматика энергосистем

286

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ

НА ЛИНИЯХ ФСК ЕЭС

КОЗЛОВ В.Н., ПАВЛОВ А.О., ЕФИМОВ Е.Б.

ООО «НПП Бреслер»

Совершенствование средств определения мест повреждения (ОМП) на воздушных линий электро-

передачи (ВЛ) 110-750 кВ определяется технико-экономическими потерями из-за задержки в начале

аварийного ремонта. С увеличением доли микропроцессорных устройств РЗА в оборудовании энер-

гообъектов, широкое развитие получили средства ОМП по параметрам аварийного и предаварийного

режимов.

По способу реализации средства ОМП можно разделить на аппаратные, т. е. выполненные в виде

отдельных устройств или являющиеся одной из функций устройства (например, некоторые устройства

РЗА имеют встроенную функцию ОМП), и программные, т. е. выполненные в виде специализиро-

ванных программ для ПЭВМ. Программные средства ОМП используют цифровые осциллограммы

аварийных процессов, записанные либо специальными регистраторами аварийных процессов, либо

микропроцессорными устройствами РЗА. Преимуществом программных ОМП является повышенная

точность, информативность (анализ аварийных осциллограмм), наглядность результатов (результаты

могут быть представлены графически, на схеме линии с привязкой к номерам опор, автоматическое

формирование отчета о повреждении и т. д.).

Повышение точности программных ОМП достигается за счет учета более полного набора парамет-

ров контролируемой ВЛ, ее режима работы, возможностью привлечения информации с противопо-

ложного конца ВЛ (двухстороннее ОМП), применением более сложных алгоритмов фильтрации.

По способу расчета программные ОМП можно разделить на формульные, которые используют для

расчета расстояния формулы, справедливые для определенного набора конфигураций ЛЭП с некото-

рыми усредненными параметрами и модельные, которые используют для каждой ЛЭП индивидуаль-

ную алгоритмическую модель (по сути – модель ВЛ), позволяющую определить токи и напряжения в

любом месте ЛЭП по их значениям в точке наблюдения.

Модельные методы ОМП позволяют учесть неоднородность линии, ответвления (отпайки), на-

личие реактора, режим заземления грозозащитного троса на каждом участке, влияние параллельных

линий и обходной связи.

Подобные модельные методы используются в программном модуле BresОМП, входящем в про-

граммный комплекс WinBres. В настоящее время комплекс обслуживает более 900 (табл. 1) ЛЭП

находящихся в ведении ФСК ЕС, и их количество постоянно увеличивается. Следует отметить, что

данное количество модулей ОМП было введено в работу за год, благодаря централизованному сбору

информации о параметрах линий, проведенному ФСК.

ОМП выполняется по параметрам аварийного процесса. Источником информации для программы

служат аварийные осциллограммы, записанные микропроцессорными терминалами РЗА, РАС и др.,

которые пишутся в формате COMTRADE или имеют возможность конвертирования внутреннего

формата в стандарт COMTRADE. Следует отметить, что если фирма-производитель микропро-

цессорных устройств РЗА предоставляет доступ к своему формату записи цифровых осциллограмм

предприятию «НПП Бреслер», то конвертирования не требуется, так поступили предприятия НПП

«ЭКРА», НПФ «Энергосоюз» и НТЦ «Госан».

Программный комплекс WinBres с модулем ОМП BresОМП устанавливается на рабочее место

диспетчера ЦУС, и задача ОМП решается в наиболее напряженный период после аварийного от-

ключения ВЛ. Качество решения во многом зависит от уровня квалификации диспетчера и владения

им современными средствами ОМП.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

287

Таблица 1

№ МЭС Количество линий

1 Востока 60

2 Центра 230

3 Сибири 198

4 Урала 127

5 Волги 61

6 Северо-Запада 86

7 Западной Сибири 94

8 Юга 67

9 Всего 923

Сам программный комплекс имеет достаточно гибкий интерфейс, и позволяет производить рас-

чет ОМП без открытия и анализа осциллограммы, что особенно ценно для оперативного персонала в

условиях острого дефицита времени послеаварийного периода. Достаточно скопировать полученную

осциллограмму в соответствующий объект-«линию» и запустить расчет.

Сам программный комплекс может конфигурироваться пользователем для различных задач, на-

пример диспетчеру в послеаварийный период, не до анализа аварийных осциллограмм, поэтому он

может использовать конфигурацию «диспетчерский вариант» (рис. 1), когда не требуется даже от-

крывать осциллограмму, достаточно выбрать линию, и запустить расчет.

В процессе эксплуатации программного комплекса учитывались все пожелания специалистов ФСК

и диспетчеров ЦУС. Для удобства пользования диспетчер сам может группировать ВЛ по различным

признакам (по принадлежности к ПМЭС, по классу напряжения, по подстанциям и т. д.).

Рис. 1. Пример конфигурации «диспетчерский вариант» для МЭС Сибири

Релейная защита и автоматика энергосистем

288

Диспетчеру достаточно получить файл аварийной осциллограмм с одной или с обеих сторон

линии и запустить, соответственно, одно- или двухсторонний расчет ОМП, при выборе аварийной

осциллограммы отображается информация о ней, если диспетчер располагает временем для более

глубокого анализа аварийных осциллограмм, то программный комплекс WinBres, включает в себя

широкий инструментарий анализа осциллограмм (рис. 2). Для этого необходимо открыть аварийную

осциллограмму, при этом появляется графическая структура ВЛ, а также панель дополнительных на-

строек ОМП, где пользователь может выбрать режим линии (если их было заданно несколько), задать

время пуска, настроить сигналы и т. д.

Рис. 2. Вид программы в режиме «анализ осциллограмм»

По завершении расчета комплекс формирует окно сообщения с результатами определения места

повреждения (рис. 3а), а также дает возможность распечатать протокол ОМП (рис. 3б) либо сохранить

его в файл формата *.pdf, *.xls, *.rtf и т. д. Форма и содержание протокола ОМП были разработаны

совместно с представителями ФСК и МЭС.

Анализ аварийных осциллограмм, предоставленных ФСК в процессе наладки и эксплуатации

комплекса WinBres, показал, что на ВЛ, оборудованных быстродействующими выключателями, вы-

сокий уровень апериодической составляющей присутствует до момента отключения, т. е. фактически

установившегося синусоидального режима мы не наблюдаем. Апериодическая составляющая вносит

погрешность в расчет ОМП, поэтому ее необходимо устранить. Для подавления апериодической со-

ставляющей необходимо было разложить исходный сигнал на синусоидальную и апериодическую

составляющие, что было успешно достигнуто при использовании оптимизационных алгоритмов филь-

трации (рис. 4). В таблице 2 представлены результаты ОМП на модели ВЛ-500кВ «Курган-Козырево»

длиной 280,32 км для одно- и двухстороннего замера, без подавления и с подавлением апериодической

составляющей.

В ходе настройки программных модулей BresОМП на объектах ФСК была решена задача многосто-

роннего ОМП для таких объектов как «НВАЭС–Липецкая–Балашовская» (рис. 5). Подобных объектов

на линиях ФСК единицы, но они потребовали разработки дополнительного алгоритма многосторон-

него ОМП, который сейчас оформляется как заявка на изобретение.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

289

Рис. 4. Пример разложения затухающей синусоиды

на периодическую и апериодическую составляющие

а) б)

Рис. 3. Результаты ОМП