Б.С. СТОГНИЙ, К.В. УЩАПОВСКИЙ, М.Ф. СОПЕЛЬ,
А.Н. МОЛЬКОВ, Ю.В. ПИЛИПЕНКО Институт электродинамики НАН Украины, НЭК “Укрэнерго”, МЧП “Анигер”
Украина
regina@elan-ua.net
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Система мониторинга переходных режимов (СМПР), Wide Area Measurement System (WAMS), Wide Area Control System (WACS), Phasor Measurement Unit (PMU) синхронизированные измерения, электроизмерительный прибор, метрологические характеристики
1 ВВЕДЕНИЕ
Интеграция энергосистем стран СНГ с энергосистемой UCTE предусматривает приведение их характеристик в соответствие с требованиями UCTE. Основным документом, определяющим требования к техническим характеристикам и организации управления в энергосистемах синхронной зоны UCTE, является руководство по эксплуатации [1].
Электрически соединенные системы и электроэнергетические объекты, расположенные на больших расстояниях друг от друга, должны находиться в одном информационном пространстве, в котором параметры режимов отслеживаются по времени с достаточной точностью, необходимой для их дальнейшего анализа. Это потребовало создания системы мониторинга переходных режимов (СМПР), которая позволяет контролировать параметры режимов работы объединенных энергосистем в едином формате астрономического времени [2].
Базисом СМПР является точное определение электротехнологических параметров, которые регистрируются по каждому присоединению на объекте.
Для их определения применяются современные метрологически обеспеченные цифровые электроизмерительные регистрирующие приборы, на вход которых из первичных преобразователей тока и напряжения подаются соответствующие сигналы. Эти сигналы регистрируются в масштабе реального времени, далее с помощью программного обеспечения определяются нормативные электрические параметры. Требования к средствам измерения этих параметров достаточно жесткие. В первую очередь это касается диапазонов измерений электрических сигналов, интервалов их измерения, погрешностей при определении параметров, и т.п.
С учетом всех этих требований, были разработаны обобщающие принципы построения точных средств мониторинга параметров переходных режимов энергосистем, которые были реализованы при создании специализированного высокоточного электроизмерительные регистрирующего прибора „Регина-Ч” и следующего за ним модернизированного прибора „Регина-PMU”.
2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В состав первой очереди рассматриваемой подсистемы Системы мониторинга переходных режимов входят пять электроэнергетических объектов Украины и два объекта Казахстана. Подсистема была разработана на основе технического задания НЭК “Укрэнерго” на создание высокоточного регистратора параметров режимов и построение на его основе подсистемы СМПР для электроэнергетики Украины. В качестве такого регистратора был выбран регистратор „Регина-Ч”, который в свою очередь представляет собой модернизированный регистратор хорошо известного Информационно-диагностического комплекса (ИДК) “Регина”. Основной трудностью при создании „Регины-Ч” являлось одно из требований технического задания, касающееся измерения частоты сети на интервале 20 мс с погрешностью ±0,001 Гц и привязкой этого измерения к шкале времени GPS с точностью ±20 мкс. Решение этой задачи потребовало замены элементной базы входных модулей (масштабных преобразователей), аналого-цифрового преобразователя, обрабатывающего данные промышленного компьютера, алгоритмов регистрации и обработки данных. В результате при регистрации частоты на интервале измерения 20 мс была достигнута погрешность ±0,0007 Гц, с точностью привязки к шкале времени GPS ±16 мкс. Таким образом, после прохождения необходимых метрологических исследований и получения сертификата, регистраторы „Регина-Ч” стали основой для построения подсистемы СМПР Украины. При внедрении подсистемы на объектах электроэнергетики Украины и Казахстана основной проблемой оказалось отсутствие на некоторых объектах высокоскоростных каналов передачи информации о параметрах режимов в Центры обработки данных (ЦОД), расположенных в гг. Киеве и Москве. Эксплуатация подсистемы в течение двух лет показала правильность построения регистраторов и надежность их работы.
Приведем основные функциональные и метрологические характеристики созданной подсистемы: регистрация мгновенных значений токов и напряжений; измерение силы, напряжения, мощности, фазы и частоты переменного тока; хранение в памяти результатов измерений; программная обработка зарегистрированной информации, вывод ее в виде цифровых массивов и текстовых сообщений, графиков и таблиц на монитор и печать, а также передача её на любые уровни с привязкой к сигналам точного времени, получаемым от GPS приемника.
Регистратор может использоваться для контроля электрических параметров пользователями в различных отраслях, в том числе, в составе информационно-измерительных и управляющих комплексов.
Интервал усреднения данных - от одного до 50 периодов промышленной частоты с шагом один период.
Количество входных аналоговых сигналов - до 32-х.
Диапазон входных сигналов от ТТ (действующие значения):
- 0,05^8 А при 1н=5 А;
- 0,01^1,6 А при 1н=1 А.
Диапазон входных сигналов от ТН (действующие значения):
- 30 - 140 В при ин=100 В.
Основная приведенная погрешность определения электрических величин (ток, напряжение, мощность) в приведенных диапазонах изменения входных сигналов не превышает ±0,5%.
Погрешность синхронизации от GPS не превышает ±20 мкс.
Абсолютная погрешность измерения частоты не превышает ±0,001 Гц.
Абсолютная погрешность измерения угла вектора напряжения между входными синусоидальными напряжениями сети не более ±1 градус.
Критерии записи аварийной информации в архив:
- скорость изменения частоты фазного напряжения превышает уставку, равную 0,001-2 Гц/с с шагом 0,001 Гц/с;
- действующее значение любого из фазных напряжений выходит за пределы уставки в диапазоне 0-120 %.
Длительность архивных записей:
- параметров режима до аварии - до 100 с;
- параметров аварийного процесса - до 1000 с;
Прибор “Регина-Ч” позволяет хранить не менее 100 записей аварийных процессов и все параметры непрерывной записи в режиме самописца (циклический архив) в течение 240 часов.
Вид и количество записываемых в архивах параметров настраивается файлом конфигурации.
Регистратор “Регина-Ч” оборудован аппаратурой для передачи измеренных и рассчитанных значений по выделенному или коммутируемому каналу связи. Передача происходит по запросу.
Климатическое исполнение системы соответствует требованиям ГОСТ 15150-69 (в редакции 1983 г.) для УХЛ4:
- рабочий диапазон температур: 5^40 °С;
- относительная влажность воздуха до 90% при 25 °С, без конденсации;
- рабочая атмосфера не хуже атмосферы типа II по ГОСТ 15150-69 не взрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих изоляцию и металлы.
Метрологическое обеспечение системы соответствует требованиям ДСТУ 3215-94.
Регистратор “Регина-Ч” прошел государственную метрологическую аттестацию в Укрметртестстандарте.
Объекты электроэнергетики Украины, которые охватывает подсистема СМПР, показаны на рис.1. В Казахстане регистраторы „Регина-Ч” установлены на подстанциях Экибастузская- 1150 кВ и Южно-Казахстанская ГРЭС.
Структура построения регистратора „Регина-Ч” показана на рис.2.
Создание и развитие таких систем как WAMS, WACS и в конечном итоге WAPS требует измерение параметров режимов с все меньшей погрешностью. В результате модернизации регистратора „Регина-Ч” был создан новый электроизмерительный регистрирующий прибор „Регина-PMU”. Основные технические характеристики прибора по регистрации параметров следующие:
- фазные токи, напряжения с погрешностью не более 0,2 %;
- фазные мощности с погрешностью не более 0,2 %;
- фазные углы с погрешностью не более ±0,2°;
- частота с погрешностью не более ±0,001 Гц.
Точность привязки измерений к шкале времени GPS составляет 1 мкс. Измерения производятся в реальном времени.
Одним из возможных путей обеспечения надежной и качественной работы регистраторов, используемых в составе СМПР, является их метрологическая аттестация. На сегодняшний день различными органами сертификации, производителями оборудования разработаны собственные методики подтверждения метрологических характеристик. Однако особая важность правильной регистрации требуемых параметров позволяет говорить о создании единой методики метрологической аттестации регистраторов PMU.
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, разработка, создание и внедрение электроизмерительных регистрирующих приборов “Регина-Ч” и „Регина-PMU” для синхронизированного измерения параметров режимов открыло новые возможности для построения таких важных для электроэнергетики систем как WAMS, WACS, WAPS.
ЛИТЕРАТУРА
- UCTE Operation Handbook. http://www.ucte.org.
- Стогний Б.С., Сопель М.Ф., Ущаповський К.В., Мольков А.Н., Павловський В.В. Пилипенко Ю.В. //Система глобального мониторинга, синхронизации и регистрации
системных параметров ОЭС Украины - основа нового качества автоматизированного и оперативного управления. Энергетика и электрификация. 2006. №4. С. 8-11.
Рис.1: Структурная схема подсистемы СМПР Украины
Рис.2: Состав ЭИРП “Регина-Ч”
