СИСТЕМА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ

Изобретение относится к области релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием, преимущественно в области энергетики.

В настоящее время система релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием (РЗ и СКУ ЭЧ) крупных электростанций и подстанций 220-750 кВ имеет иерархическую пятиуровневую структуру.

Первый (нижний) уровень образован полевыми устройствами - микропроцессорными устройствами релейной защиты (МПРЗ) и ввода/вывода информации УСО. Общее их количество достигает 400 устройств в одной системе.

Второй уровень образован оборудованием локальной вычислительной сети (ЛВС) нижнего уровня.

Третий (средний) уровень образован средствами централизованной обработки и хранения данных. В их состав входят контроллеры (центральные координирующие устройства, ЦКУ), серверы SCADA-системы и длительного хранения информации, шлюзы.

Четвертый уровень образован оборудованием локальной вычислительной сети (ЛВС) верхнего уровня.

Пятый (верхний) уровень образован программно-техническими средствами контроля и управления различного вида. К ним относятся мозаичные панели со встроенными контроллерами, АРМы оперативного и обслуживающего персонала. Общее их количество достигает 10 устройств в одной системе.

Для организации ЛВС нижнего и верхнего уровней, включая сегментацию, создание виртуальных сетей и организацию транспортного уровня передачи потока данных по сети Ethernet между устройствами системы РЗ и СКУ ЭЧ, используются сетевые коммутаторы фирм Ruggetcom (в настоящее время Siemens), Hirschman, Моха и другие. Коммутаторы устанавливаются в непосредственной близости к полевым устройствам и средствам контроля и управления. Общее количество коммутаторов на одну систему СКУ ЭЧ около 30.

Примером такой пятиуровневой системы релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием является система, содержащая полевые устройства для обработки информации и автоматизированные рабочие станции операторов управления (Патент РФ №2210104, МПК G06F 15/16, Н01Н 83/00, Н02Н 7/00, опубл. 2003 г.). Указанная система является наиболее близким техническим решением и выбрана в качестве ближайшего аналога.

Недостатком известной системы является низкая надежность и недостаточное быстродействие контроля и управления электротехническим оборудованием. Время передачи информации достигает 2-3 сек.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и быстродействия системы за счет ее упрощения и обеспечения автоматического восстановления работы связей между устройствами системы за время не более 100 мс даже при множественных отключениях (неисправностях) узлов, обеспечивающих связи между устройствами системы, и/или самих связей одновременно.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в системе релейной защиты, контроля и управления объектов электротехнического оборудования, содержащей полевые устройства, связанные с объектами электротехнического оборудования, и автоматизированные рабочие станции операторов управления, причем полевые устройства выполнены с возможностью сбора информации с объектов электротехнического оборудования и выдачи команд управления, каждое из полевых устройств и каждая из рабочих станций оператора управления снабжены микропроцессором, выполняющим функции контроллера, для сбора-выдачи, обработки и хранения информации, при этом каждое полевое устройство и каждая рабочая станция соединены с двумя микропроцессорами, а каждый микропроцессор соединен со всеми другими микропроцессорами

Концепция изобретения состоит в переходе от пятиуровневой к трехуровневой структуре системы РЗ и СКУ ЭЧ за счет отказа от ЦКУ, серверов, шлюзов и использования микропроцессоров, выполняющих функции контроллеров, распределенных между нижним и верхним уровнями системы РЗ и СКУ ЭЧ. В совокупности микропроцессоры образуют распределенную интеллектуальную вычислительную сеть (Фиг. 1).

Микропроцессоры, выполняющие функции контроллеров, выполняются на базе «компьютер-на-модуле» (Computer-On-Modules - СОМ). См., например, журнал «Автоматизация в промышленности», 2013, №5, стр. 56-62, А.Н. Ковалев «Развитие технологии «компьютеров-на-модуле»: ультрамобильные и малогабаритные системы выходят на старт».

Технология СОМ позволяет иметь на чипе мощный компьютер с развитой надежной операционной системой реального времени и в результате совместить гибкость компьютера и надежность контроллера.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 2 изображена структурная схема системы релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием.

На чертеже обозначены:

1 - полевые устройства 1-1, 1-2…, 1-N;

2 - контроллер полевого устройства 2-1, 2-2…, 2-N;

3 - контроллер рабочей станции оператора 3-1, 3-2…, 3-М;

4 - рабочая станция оператора 3-1, 3-2…, 3-М.

В нормальном режиме работы система осуществляет:

- сбор информации от полевых устройств о режиме и схеме объектов защиты, контроля и управления, в том числе сбор осциллограмм при аварийных событиях, например коротких замыканиях;

- выдача команд управления через полевые устройства на объекты управления, например коммутационные аппараты;

- интерактивное взаимодействие системы с операторами рабочих станций;

- фоновая самодиагностика, в процессе которой в системе осуществляется самоконтроль всех ее устройств без прекращения работы;

- поддержание единого астрономического времени между устройствами системы. Все перечисленные операции осуществляются в автоматическом режиме.

В режиме работы по командам оператора выполняется управление объектами контроля и управления, подключенными к полевым устройствам, конфигурирование системы релейной защиты, контроля и управления, введение уставок защиты.

Работа системы осуществляется следующим образом.

Контроллеры 2 осуществляют ввод информации от полевых устройств 1. Поступающая информация обрабатывается, запоминается и передается от контроллеров 2 полевых устройств 1 в контроллеры 3 рабочих станций 4. Информация, собранная в контроллерах 3, обрабатывается, запоминается и передается на рабочие станции 4, где визуализируется.

При управления объектами команды оператора передаются от рабочих станций 4 через контроллеры 3 на контроллеры 2, а от них через полевые устройства 1 на объекты управления.

Обмен информацией осуществляется по сети Ethernet. Время сбора-выдачи (ретрансляции, передачи) информации, в том числе команд, для одного контроллера составляет не более 1 мс. Время сбора-выдачи и обработки информации для одного контроллера - не более 100 мс.

Таким образом, система обеспечивает:

- трансляцию команд от операторов на объекты управления;

- автоматизацию сбора информации о режиме и схеме работы объекта контроля и управления;

- автоматизацию сбора, анализа и хранения информации об аварийных процессах;

- возможность дистанционного конфигурирования и управления уставками полевых устройств;

- дистанционный сбор диагностической информации от устройств системы;

- поддержание единого астрономического времени между устройствами системы.

Работа системы при отключениях (отказах, неисправностях) контроллеров и/или связях между устройствами.

1. Отключение любого контроллера или любой связи. Обмен информацией между всеми полевыми устройствами 1 и рабочими станциями 4 выполняется в полном объеме. Работа системы осуществляется, как описано ранее, со всеми указанными выше характеристиками.

2. Множественное отключение контроллеров и связей (двух и более) без потери связи с хотя бы одним полевым устройством 1 или одной рабочей станцией 4. Обмен информацией между всеми полевыми устройствами 1 и рабочими станциями 4 выполняется в полном объеме. Работа системы осуществляется, как описано ранее, со всеми указанными выше характеристиками.

3. Множественное отключение контроллеров и связей (двух и более) с потерей связи с хотя бы одним полевым устройством 1 или одной рабочей станцией 4. Обмен информацией между всеми подключенными полевыми устройствами 1 и рабочими станциями 4 выполняется в полном объеме. Работа системы осуществляется, как описано ранее, со всеми указанными выше характеристиками.

Для достижения необходимых характеристик используются стандартизированные и оптимизированные сетевые протоколы, протоколы связи, протоколы резервирования сети, протоколы синхронизации времени на основе стандартов IEC/МЭК и IEEE.

Таким образом достигается повышение надежности и быстродействия системы релейной защиты, контроля и управления электротехническим оборудованием.