Делая прогноз на 2012-2014 гг., Минэкономразвития РФ заложил ежегодный рост отечественного энергопотребления на 2-2,5%1, аналогичные цифры уже наблюдались в 2010-2011 годах. Вместе с тем существует прямо пропорциональная связь между увеличением потребления энергии и аварийностью электрических сетей. Эксперты информационного агентства «INFOLine» в своих исследованиях подтверждают этот факт — по их данным, в 2011 году количество внеплановых отключений только генерирующего оборудования на станциях ОГК2 выросло на 7,5%.3
В итоге среднее время простоя российских промышленных потребителей составило 600 минут, что на порядок выше, чем в Европе. Одна из причин такой разницы кроется в том, что в России зачастую отключением и подключением оборудования, устранением неполадок, мониторингом работы электрической сети занимаются передвижные бригады. Европейцы же используют на своих предприятиях компьютерные системы диспетчеризации и силовые выключатели, управляемые дистанционно.
Цифровые технологии: топология коммуникационных сетей, интерфейсы и протоколы
Эффективно управлять современными промышленными электросетями с нагрузками от множества потребителей можно при помощи интеллектуальных систем, выполняющих функции сбора, обработки, отображения, управления и архивирования — так называемых SCADA (от англ. supervisory control and data acquisition — диспетчерское управление и сбор данных). В технической литературе этот термин имеет двоякое толкование: и «чисто» программный продукт, и симбиоз программного обеспечения и управляемых технических средств. Вторая интерпретация SCADA наиболее точно отражает рассматриваемую тематику, поскольку речь идёт о системах, в которых при помощи специальных программ можно дистанционно управлять аппаратами, установленными в распределительных шкафах.
Коммуникационные сети объединяют узлы систем электроснабжения посредством линий связи, физически представлявших собой коаксиальный кабель, витую пару, оптоволоконный кабель или инфракрасные лучи. По топологии сети могут образовывать «кольцо», «звезду» или «шину». Выбор того или иного варианта определяется рядом критериев: начиная от задач, которые предстоит выполнять оборудованию, и заканчивая бюджетом проекта.
В распределительных установках малого и среднего размера системы диспетчеризации, как правило, выполняются двухуровневыми. На верхнем уровне находится компьютер с программным обеспечением для мониторинга, управления и регистрации данных. На нижнем — датчики, исполнительные механизмы и аппараты защиты, оборудованные коммуникационными интерфейсами. В электротехнической практике это выглядит так (см. рис. 1): с нижнего уровня (называемого полевым) на «шину» поступают данные о распределительной электроустановке, такие как значение токов, напряжений, энергий, состояния выключателей и т.п. Далее эта информация отправляется на верхний уровень (в диспетчерский пункт) для операторского контроля, анализа и выработки команд, которые возвращаются на нижний уровень через «шину», но уже к исполнительным устройствам, главным образом — к защитным аппаратам.
Для того чтобы все элементы коммуникационной сети «понимали» цифровую информацию, они должны поддерживать специальный протокол, то есть строгие правила составления и чтения кодов. В промышленной автоматике большую популярность получил стандарт передачи цифровой информации RS-485, в основу которого положен принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Этот интерфейс помогает решить одну из главных проблем электрических сетей предприятий — избавиться от влияния синфазных помех. Последние приводят к искажению цифровой команды, поступающей, к примеру, на автоматический выключатель. Наличие помех чревато нестабильной коммуникацией между автоматическим выключателем и управляющей станцией, отсутствием реакции на отправленные на выключатель команды, что может иметь неприятные последствия для всей электроустановки.
«На практике это означает, что два цифровых устройства с интерфейсом RS-485, скажем, программируемый логический контроллер и автоматический выключатель, оборудованный электронным расцепителем, являются друг для друга приёмопередатчиками. Устройства соединяют витой парой, по проводам которой одновременно идёт один и тот же сигнал — оригинальный и инверсный. На входе приёмника (автоматического выключателя) всегда есть разница потенциалов, такая же, как на выходе передатчика (логического контроллера). Если эта величина положительная, засчитывается «1», если же отрицательная, то «0». А так как провода перевиты, наводка помех на них одинакова, ничто не влияет на работу защитного аппарата. Благодаря этим особенностям интерфейс RS-485 стал самым востребованным в промышленных сетях управления», — поясняет Алексей Петренко, инженер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации.
Автоматические выключатели в системах коммуникации и дистанционного управления
Автоматические выключатели, способные функционировать в системах SCADA, должны выполнять как функции контроля, так и дистанционного управления, причём в рамках одного и того же устройства. «Типичным примером таких аппаратов в распределительных электроустановках переменного тока могут быть воздушные выключатели Emax и аппараты в литом корпусе Tmax и Tmax XT, которые подключены к сети Modbus, — делится профессиональным опытом Вадим Шайхутдинов, инженер-схемотехник компании «Электротехника & компьютеры». — В этом случае сбор информации о состоянии распределительной электроустановки может производиться путём адресного контроля электрических параметров, правда при условии, что к расцепителям будут подключены специальные измерительные модули».
Причём, следует различать контроль и диспетчерское управление через сеть Modbus. Для первого достаточно модуля коммуникации, передающего информацию о состоянии автоматического выключателя, а также данные об измерениях, которые может осуществлять электронный расцепитель4.
Для того чтобы управлять аппаратами дистанционно по команде оператора или управляющей программы, их необходимо доукомплектовать дополнительными аксессуарами в зависимости от типа автоматического выключателя (в литом корпусе или воздушный) и серии (Tmax XT, Tmax или Emax). Например, для управления аппаратами в литом корпусе необходимо заказать моторный привод, который отвечает за функции включения и выключения; дополнительно к нему можно установить реле отключения (независимый расцепитель), который значительно уменьшает время срабатывания автоматического выключателя. Для управления воздушными выключателями необходимо заказать мотор-редуктор взвода пружин, реле включения и реле отключения. Применяемый принцип модульности позволяет строить любые конфигурации устройств защиты и подбирать их функционал, как того требует техническое здание.
Осуществление дистанционного управления в сетях постоянного тока подобно решениям для электрических сетей переменного тока. По словам Алексея Петренко, для этих целей применяются низковольтные воздушные автоматические выключатели серии Emax DC, оборудованные электронными расцепителями, выполненными специально для работы на постоянном токе, а также модулями связи и измерения. Для дистанционного управления этими аппаратами используются те же аксессуары: реле включения, реле отключения и мотор-редуктор. Иначе ситуация обстоит с выключателями в литом корпусе, т.к. защита сетей постоянного тока возможна только с помощью устройств с термомагнитными расцепителями. Но даже в этом случае при использовании аппаратов серии Tmax XT возможно подключать их к сети автоматизации для удалённого контроля их работы. Для этого необходимо использовать моторный привод и модуль коммуникации Ekip Com, что позволит отлеживать состояние аппарата (включён/выключен, сработал по любой причине) и управлять им.
«Использование дистанционного управления даёт возможность подать питание потребителю сразу, как только исчезнет угроза перегрузки или будет устранена авария, — считает Вадим Шайхутдинов. — Не нужно идти к распределительному щиту, который может находиться на другом конце завода, или ехать к трансформаторной подстанции, чтобы включить автомат вручную. Это можно сделать кликом «мышки» и сразу же увидеть на экране результат восстановления работоспособности».
Программное обеспечение
Для функционирования устройств защиты, укомплектованных модулем RS-485, необходимо специальное программное обеспечение. «В реальной практике ПО должно быть не только понятно для оператора, но и совместимо с операционной системой Microsoft Windows, используемой на большинстве компьютеров, — конкретизирует Алексей Петренко. — Одним из таких программных продуктов является Ekip Connect, при помощи которого формируется коммуникационная сеть во главе с диспетчерским компьютером и устанавливаются связи с устройствами нижестоящего уровня через «шину» интерфейса Modbus RS-485. Так обеспечивается online-диспетчеризация с выводом данных на монитор в виде интуитивно понятной древовидной схемы и осуществляется подача команд включения/выключения для автоматов защиты». Кроме того, Ekip Connect позволяет считывать результаты измерений, которые осуществляют автоматические выключатели с электронными расцепителям. Например, расцепители Ekip E, устанавливаемые на выключатели Tmax XT4, измеряют значения токов, протекающих через каждый полюс, а также напряжение, мощность полную, активную, реактивную, энергию полную, активную, реактивную, коэффициент мощности и частоту (см. рис.2), и всё это без использования дополнительного оборудования. Также программа Ekip Connect в реальном режиме времени тестирует работоспособность всей системы и каждого устройства в частности. А это означает, что при вводе в распределительную установку новых аппаратов диагностика ошибок монтажа и/или выявление неточностей программных настроек (например, когда не синхронизированы скорости передачи данных от разных устройств) осуществляются компьютером.
Рис. 2. Измерения, доступные с помощью расцепителя Ekip E
Передача контрольных и управляющих функций компьютеру позволяет оперативно реагировать на различные нештатные ситуации в электросетях предприятий. Прежде всего, преимущество заключается в существенной экономии средств за счёт уменьшения аварийности и времени простоя промышленных объектов. В итоге «управление сетью онлайн» помогает предприятию сократить издержки, повысить эффективность работы, а также значительно облегчить труд сотрудников.
По материалам пресс-службы компании АББ
2 Оптовая генерирующая компания
4 Уставки электронных расцепителей также можно изменить при помощи модуля коммуникации
