Разработка и внедрение регистраторов «SMART-WAMS»

Опыт разработки и внедрения регистраторов переходных режимов «SMART-WAMS». Перспективы развития «SMART-WAMS» для использования в режиме on-line

П.Н. КАЗАКОВ, Р.Н. МОГИЛКО, С.А. НЕСТЕРОВ РТСофт Россия rtsoft@rtsoft.ru
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Регистратор переходных режимов «SMART-WAMS», система мониторинга переходных режимов (СМПР), верификация цифровой модели, режим off-line, режим on-line

1. ВВЕДЕНИЕ

В статье описывается опыт разработки, внедрения и эксплуатации регистраторов переходных режимов «SMART-WAMS», а также рассматриваются вопросы его дальнейшего развития для использования в составе систем on-line мониторинга.

2    РЕГИСТРАТОР «SMART-WAMS», ИСХОДНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ПРИБОРА
Регистратор SMART-WAMS системы мониторинга переходных режимов (СМПР) был разработан компанией ЗАО «РТСофт» по заказу ОАО «СО ЕЭС» в 2005 году для решения задач синхронного измерения параметров электрической сети на удаленных энергетических объектах. Основной целью создания СМПР было наблюдение переходных процессов в ЕЭС России в режиме off-line, а также верификации цифровых моделей энергосистемы.
Ключевые технические требования, предъявляемые к регистратору на этапе разработки:

1. Количество точек измерения (присоединений): от 1 до 6;
2. Точность измерения тока, напряжения, активной и реактивной мощности: 0,5%;
3. Точность измерения частоты: ±1 мГц;
4. Интервал измерения: 20 мс;
5. Точность измерения фазового угла: ±0,1 град;
6. Синхронизация с точным астрономическим временем от системы GPS или ГЛОНАСС;
7. Сопровождение всех данных метками времени с дискретностью 1 мс;
8. Накопление результатов измерения в локальных архивах с дискретностью 20 мс и длительностью до 5 дней;
9. Наличие встроенной системы диагностики и сигнализации;
10. Передача архивов по запросу через локальную сеть или модемную связь;
11. Дистанционная настройка и диагностика, а также обновление программного обеспечения.

Достаточно жесткие требования к метрологическим характеристикам и быстродействию измерительного тракта регистратора, а также отсутствие на рынке готовых измерительных устройств, удовлетворяющих данным требованиям, привели к необходимости разработки специализированного измерительного прибора. Таким образом, ЗАО «РТСофт» был разработан измерительный прибор МИП-02/10, который стал основой регистратора «SMART-WAMS».
Измерительный преобразователь МИП-02/10 обладает следующими техническими характеристиками:
Измеряемые параметры:

1. активная мощность пофазно;
2. суммарная активная мощность;
3. реактивная мощность пофазно;
4. суммарная реактивная мощность;
5. фазные напряжения;
6. линейные напряжения;
7. фазные токи;
8. ток нулевого провода;
9. частота по каждой фазе;
10. угол между синусоидой напряжения сети и синусоидой 50 Гц, привязанной к сигналам точного времени (при использовании в качестве регистратора переходных процессов);
11. время.

Входы для подключения к трансформаторам тока (ТТ) и трансформаторам напряжения
аж

1. 4 входа ТТ, 1А или 5 А;
2. 3 входа ТН, 0...57,7 В или 0...100 В.
3. Точность измерения:
4. точность измерения напряжения ±0,15%;
5. точность измерения тока                      ±0,2%;
6. точность измерения мощности                         ±0,2%;
7. точность измерения частоты ±0,001 Гц;
8. точность измерения угла фазы                         ±0,1 градус;

Быстродействие:

1. Интервал измерения: 20 мс;
2. Частота дискретизации: 128 выборок на период промышленной частоты.

Синхронизация с астрономическим временем

1. Точность синхронизации встроенных часов с астрономическим временем: ±5 мкс;
2. Дискретность присваиваемой результатам измерения метки времени: ±1 мс. Интерфейсы:
3. Один порт Ethernet 100 Мбит;
4. Один порт RS232;
5. Интерфейс RS422 для подключения приемника системы GPS или ГЛОНАСС.

В конструктивно законченный регистратор «SMART-WAMS», помимо измерительных преобразователей, входят:

1. сервер сбора данных;
2. подсистема питания на базе инвертора или источника бесперебойного питания;
3. подсистема диагностики и сигнализации;
4. модули защиты входных цепей от импульсных помех;
5. подсистема синхронизации с точным астрономическим временем на базе антенны GPS или ГЛОНАСС.

Структурная схема регистратора «SMART-WAMS» приведена на рис. 1.
Конструктивно регистратор выполнен в виде стандартной 19” стойки Евромеханики напольного исполнения, в которой смонтированы все основные компоненты изделия.
Внешний вид регистратора «SMART-WAMS» представлен на рис. 2.

Рис. 1: Структурная схема SMART-WAMS
Сервер сбора данных обеспечивает сбор данных с измерительных преобразователей МИП-02/10 по сети Ethernet, формирование и хранение локальных архивов, а также их передачу по запросу в диспетчерский пункт. Сервер сбора данных выполнен на базе промышленного компьютера, операционной системы Windows XP Embedded и прикладного программного обеспечения ЗАО «РТСофт».
Подсистема питания обеспечивает электроснабжение компонентов регистратора, а также их защиту от импульсных помех по цепям электропитания.
Подсистема диагностики и сигнализации обеспечивает контроль работоспособности регистратора, получая информацию о работе его составных частей от сервера сбора данных по сети Ethernet. При этом на панель диагностики регистратора выводится следующая информация:

1. наличие внешнего напряжения питания;
2. работоспособность сервера сбора данных;
3. сбои в работе программного обеспечения сервера;
4. наличие связи со спутниковой антенной;
5. наличие связи с измерительными преобразователями;
6. наличие синхроимпульсов PPS (Pulse Per Second), получаемых от антенны GPS или ГЛОНАСС;
7. наличие напряжения и токов во входных цепях измерительных преобразователей.

В случае любых нарушений в работе регистратора подсистема диагностики и
сигнализации выдает один интегральный сигнал неисправности в виде “сухого контакта”. Конкретный вид неисправности определяется по светодиодной панели индикации и/или по анализу log-файла на сервере.

1. ИСПЫТАНИЯ РЕГИСТРАТОРА SMART-WAMS И ЕГО СЕРТИФИКАЦИЯ

Опытный образец регистратора «SMART-WAMS» был подвернут многостадийным испытаниям, которые проводились на территории производственной площадки ЗАО «РТСофт», а также на электродинамической модели ОАО «НИИПТ» (г. Санкт-Петербург). Все испытания проводились по утвержденным программам и методикам испытаний с присутствием комиссии ОАО «СО ЕЭС». Были проведены следующие виды испытаний:

1. Функциональные испытания;
2. Метрологические испытания;
3. Испытания на электромагнитную совместимость;
4. Динамические испытания на модели энергосистемы в ОАО «НИИПТ»;
5. Сравнительные испытания с приборами Aenea PL134, ABB RES-521, GE N60, Arbiter Systems 1133 А;
6. Межведомственные испытания ОАО «ФСК ЕЭС».

По результатам, полученным в ходе испытаний, комиссией были сделаны выводы о соответствии регистратора требованиям технического задания и изделие было рекомендовано для установки на энергообъектах РФ.
На основании проведенных испытаний на регистратор «SMART-WAMS» были получены следующие сертификаты:

1. Сертификат об утверждении типа средств измерения;
2. Сертификат соответствия ГОСТ-Р;
3. Заключение ОАО «НИИПТ»;
4. Экспертное заключение ОАО «ФСК ЕЭС».

Рис. 2: Внешний вид комплекса SMART-WAMS

1. ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ РЕГИСТРАТОРА «SMART-WAMS»

В рамках создания СМПР регистратор «SMART-WAMS» был установлен и запущен в эксплуатацию на 19 объектах ЕЭС России. Среди этих объектов крупнейшие тепловые и гидроэлектростанции, а также подстанции класса 330, 500, 750 и 1150 кВ.
Установка и запуск в эксплуатацию регистраторов СМПР позволили получить ОАО «СО ЕЭС» качественно новую, недоступную ранее информацию о протекании переходных процессов в ОЭС России.
На основе опыта внедрения регистраторов можно отметить следующее:

1. Возможность установки регистратора на объекте часто ограничена наличием на выбранном присоединении ТТ и ТН, их классами точности или степенью нагрузки.
2. Передача объемных локальных архивов с регистратора требует наличия качественных цифровых каналов связи, которые часто отсутствуют на объекте или заняты.
3. Владельцы объектов могут предъявлять свои специфические требования к комплектации регистратора, его функционалу, сертификации, условиям эксплуатации и др.
4. Для сбора, обработки и визуализации данных с большого количества регистраторов необходима автоматизированная система сбора данных.
5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ «SMART-WAMS»

Существующий регистратор «SMART-WAMS» решает задачи off-line мониторинга и полностью выполняет возложенные на него функции. Следующим этапом развития СМПР в режиме off-line видится создание автоматизированной системы сбора данных с установленных и устанавливаемых в дальнейшем регистраторов. Предполагается, что система сбора должна быть распределенной и обеспечивать сбор архивов по заданиям оператора со всех объектов, независимо от типа каналов связи.
В то же время, при наличии быстрых каналов связи на базе существующего регистратора возможно решение следующего поколения задач, требующих передачи данных в реальном масштабе времени - системы мониторинга запаса устойчивости (СМЗУ), управления (WACS - Wide Area Control System) и защиты (WAPS - Wide Area Protection System).
Для решения этих задач измерительные преобразователи регистратора должны удовлетворять ряду новых требований:

1. Минимальный интервал измерения параметров электросети (при сохранении необходимой точности измерений);
2. Минимальное время доставки результатов измерений на верхний уровень;
3. Передача данных по протоколу C37.118 в соответствии с международным стандартом;
4. Расчет всех необходимых параметров на уровне измерительного преобразователя.

С целью реализации данных требований регистратор SMART-WAMS предполагается подвергнуть следующим доработкам:

1. Модернизация измерительных преобразователей МИП-02 c целью увеличения производительности центрального процессора;
2. Минимизация задержек при передаче данных от измерительных преобразователей;
3. Реализация протокола С37.118 на уровне измерительного преобразователя;
4. Исключение из состава регистратора сервера сбора данных.

По результатам доработки регистратора будет выпущен опытный образец изделия, который планируется подвергнуть всесторонним испытаниям и затем в качестве «пилотного» проекта установить на одном из объектов ЕЭС России.

Рис. 3: Изменение частоты в различных точках энергосистемы при аварии

Рис. 4: Изменение относительных углов