Автоматизация электростанций

Основные концепции и системная архитектура автоматизации электростанций:
Автоматизация электростанций: использование компьютерных технологий, технологий связи и технологий автоматического управления для выполнения мониторинга, измерения, управления, защиты и диспетчеризации электрооборудования на электростанциях (таких как подстанции, гидроэлектростанции, тепловые электростанции и т. д.) в режиме реального времени, что позволяет обеспечить надежную, безопасную, эффективную и экономичную работу электростанции.
Иерархическая архитектура систем автоматизации электростанций (принципиальная блок-схема):

Эта архитектура может быть разделена на три основных уровня:

1. Уровень процессов

· Функция: служит «сенсорным и исполнительным» устройством системы автоматизации, отвечает за сбор электрических измерений от первичного оборудования и управление состоянием выключателей.
· Первичное оборудование:
 · Интеллектуальный терминал: принимает команды закрытия/открытия от уровня отсека, управляя работой первичного оборудования, такого как автоматические выключатели и разъединители; Одновременно собирает информацию о состоянии, такую как положение выключателей и состояние заземляющих выключателей, для передачи наверх.
 · Блок слияния: получает аналоговые сигналы от обычных трансформаторов напряжения/тока или электронных трансформаторов, выполняет аналого-цифровое преобразование и синхронизацию, а также выдает цифровые сигналы дискретизированных значений, соответствующие стандарту IEC 61850-9-2.
· Протоколы связи: GOOSE, SV.

2. Уровень отсека

· Функция: служит «локальным мозгом» системы автоматизации, настраивается для каждого отсека энергетического оборудования (например, линии, трансформатора). Отвечает за функции защиты, измерения и управления в пределах своего отсека.
· Основное оборудование:
 · Устройства защиты: такие как защита линии, защита трансформатора, защита конденсатора и т. д. Быстро активируются при обнаружении неисправности для изоляции неисправного оборудования.
 · Измерительные и управляющие устройства: непрерывно контролируют электрические величины (ток, напряжение, мощность и т. д.), собирают информацию о состоянии переключателей и выполняют команды дистанционного управления от уровня управления станцией или локально.
· Протоколы связи: связывается с уровнем управления станцией через сеть управления станцией и с устройствами уровня процесса через сеть уровня процесса.

3. Уровень управления станцией

· Функция: служит «центром управления» системы автоматизации, обеспечивая мониторинг, управление, анализ и оптимизацию всего оборудования станции.
· Основное оборудование:
 · Система мониторинга: обеспечивает графический человеко-машинный интерфейс, отображающий основную схему подключения станции, данные в реальном времени, информацию о тревогах и т. д., а также облегчает дистанционное управление.
 · Устройство телеуправления: отвечает за обмен данными с диспетчерским центром более высокого уровня, выполняя команды дистанционного управления и дистанционной настройки, выдаваемые диспетчерской службой.
 · Система пяти мер предосторожности: критически важная система, предотвращающая неправильную работу путем обеспечения логической корректности операционных процедур.
 · Сервер данных: хранит исторические данные, записи сигналов неисправностей и журналы операций для последующего анализа и оптимизации.

Основные принципы и решения подсистемы

1. Система сбора и мониторинга данных

· Принцип: основан на «четырех удаленных» функциях.

· Удаленное измерение: сбор аналоговых величин (ток, напряжение, мощность, температура и т. д.).

· Удаленная сигнализация: сбор величин состояния (положение переключателя, сигналы действия защиты, сигналы тревоги и т. д.).

· Дистанционное управление: дистанционное управление замыканием/размыканием выключателей.

· Дистанционная настройка: дистанционное изменение параметров оборудования (например, настройки переключателя отводов под нагрузкой).

· Решения:

· Технология: использование высокопроизводительных программных платформ SCADA, таких как продукты Siemens, ABB, Schneider Electric или решения от ведущих отечественных интеграторов.

· Критически важно: передача данных в режиме реального времени, точность и надежность.

2. Система релейной защиты

· Принцип: непрерывный мониторинг электрических величин. При обнаружении неисправностей, таких как короткое замыкание, оценка резких изменений тока/напряжения и их характеристик для активации логических программ, быстрое выдача команд отключения.

· Решение:

· Конфигурация: использование двойных или резервных схем защиты (основная + резервная) для повышения надежности.

· Технология: цифровые устройства защиты на базе микропроцессоров с функциями самодиагностики, связи и регистрации неисправностей.

3. Мониторинг и управление качеством электроэнергии

· Проблемы: гармоники, провалы напряжения, мерцание и т. д.

· Решения:

· Мониторинг: установка устройств онлайн-мониторинга качества электроэнергии для отслеживания показателей в режиме реального времени.

· Корректирующие меры: развертывание активных фильтров, статических компенсаторов реактивной мощности и другого оборудования для динамической компенсации.

4. Системы видеонаблюдения и безопасности

· Решение: интеграция с системами мониторинга электропитания и окружающей среды для обеспечения комплексного контроля за работой оборудования станции, состоянием объекта и действиями персонала.

Решения для сетей связи

Сеть связи служит «нервной системой», соединяющей все уровни оборудования.

· Сеть уровня управления станцией:

· Технология: высокоскоростной промышленный Ethernet, звездообразная или кольцевая топология.

· Протокол: спецификация сообщений производителя для обмена данными между уровнями управления станцией и отсеком.

· Сеть уровня процессов:

· Технология: высокоскоростной промышленный Ethernet.

· Протоколы:

· GOOSE: передает цифровые сигналы, критичные по времени (например, отключение, блокировка), заменяя традиционную проводку.

· SV: для передачи значений тока и напряжения, измеренных блоком слияния.

· Связь с диспетчерской верхнего уровня:

· Протокол: связь на основе IEC 60870-5-104, DNP3.0 или IEC 61850.

Будущие тенденции развития (интеллектуальная электростанция)

1. Интеллектуальное первичное оборудование: интегрированная конструкция первичного оборудования с интеллектуальными терминалами и датчиками.

2. Стандартизированный обмен информацией: IEC 61850 становится доминирующим стандартом с постоянной эволюцией.

3. Интеллектуальная поддержка принятия решений: прогнозирование неисправностей, анализ рисков и оптимизация эксплуатации на основе искусственного интеллекта.

4. Оптимизированные модели эксплуатации и технического обслуживания: переход от планового технического обслуживания к техническому обслуживанию по состоянию.

5. Интегрированная координация генерации, сети, нагрузки и хранения: электростанции работают как узлы сети, обеспечивая гибкое взаимодействие с возобновляемыми источниками и ресурсами на стороне нагрузки.