Работа регистратора событий в ЕЭС России

Горелик Т. Г., Гудилин С. В., Лобанов С. В.

Анализ причин возникновения и развития сложных системных аварийных режимов выполняется на основе разнородной информации, поступающей из различных источников, отличающихся принципом действия и техническими характеристиками (шлейфовые и цифровые осциллографы, блинкеры защит и автоматики, данные из АСДУ и др.). Вследствие невозможности точной стыковки указанной информации по времени для сложных аварийных режимов в энергосистемах не обеспечивается однозначность и достоверность выводов. В США и Канаде для регистрации таких аварий используется специальная аппаратура, обеспечивающая привязку всей информации, регистрируемой в различных территориально удаленных точках энергосистемы, к шкале единого мирового времени. Применение такой аппаратуры резко увеличивает достоверность анализа причин и хода развития аварий, что позволяет предпринимать реальные меры по устранению неисправностей и улучшению координации действий защит и системной автоматики.

Применение зарубежной аппаратуры в России ограничивается ее высокой стоимостью и сложностями в стыковке с отечественными системами.

НИИПТ совместно с ЗАО “ПИК Прогресс” разработал новую версию системы регистрации процессов в аварийных режимах “ВЕНЕЦ”, предназначенной для работы автономно или в составе АСУ ТП АЭС, ТЭС и ГЭС, подстанций постоянного и переменного тока, систем электроснабжения крупных промышленных предприятий, а также АСДУ энергосистем и энергообъединений.

Результатом внедрения этой работы явится создание централизованной системы регистрации аварийных процессов (ЦРА), которая будет обеспечивать регистрацию в шкале единого времени информации в наиболее важных точках энергосистемы (электростанции, подстанции и линии межсистемной связи), передачу этой информации в диспетчерские центры энергосистем, ОДУ и ЦДУ, обработку, отображение и архивирование этой информации для ускорения и повышения достоверности анализа процессов при аварийных режимах.

Внедрение комплекса позволит повысить общую надежность и, в частности, снизить ущерб от нарушений энергоснабжения целых регионов при сложных аварийных режимах в объединенных энергосистемах за счет оперативного выявления и локализации неисправностей.

Техническое и программное обеспечение комплекса ЦРА имеет трехуровневую структуру. Нижний уровень включает: стойки (полустойки) с функциональными контроллерами (ФК) ;

устройства связи с объектом (УСО), выносные или совмещенные с ФК;

систему и сеть единого времени (СЕВ); нормирующие преобразователи и датчики мгновенных значений / и U;

комплект аппаратуры волоконно-оптической связи;

технологическую сеть УСО; внешние устройства или подсистемы (цифровые защиты).

Модули УСО, входящие в состав нижнего уровня, включают в себя:

МЦО - модуль цифрового осциллографирования. Он состоит из двух частей - многоканального синхронного ввода и измерения быстропротекающих аналоговых сигналов напряжения (с измерительных трансформаторов) с привязкой ко времени и записью в буферное ОЗУ. Модуль обеспечивает автоматический переход на другой диапазон при переполнении разрядной сетки АЦП, возможность сочетания непрерывной записи с процессом передачи информации, для чего буфер организован в виде двух банков: в один данные пишутся, а из второго передаются на верхний уровень.

Технические характеристики модуля цифрового осциллографирования приведены в таблице.

Также по желанию заказчика УСО может быть укомплектовано следующими модулями:

MAC - прием аналоговых сигналов тока ± 5(20) мА с фильтрацией и привязкой ко времени;

МДВ - прием дискретных сигналов напряжения от датчиков в виде открытого коллектора или “сухого” контакта с защитой от дребезга и привязкой их ко времени, опрос датчиков производится постоянным напряжением 24 В (ток 10 мА);

МДУ - вывод дискретных сигналов в виде замыкания контактов реле с защитой от ложного срабатывания;

МАУ - вывод аналоговых сигналов 0-20 мА.

Нижний уровень обеспечивает коммутацию технологического оборудования с верхними уровнями системы, кроме того, на этом уровне проводятся первичная обработка и фильтрация данных и обработка управляющих воздействий с верхнего уровня. Учитывая это, ФК реализованы на базе промышленных компьютеров с подходящими характеристиками эксплуатации (температура, влажность и др.), работающих под управлением QNX 4.23А (разработка фирмы OSSL, Канада), которая является системой реального времени для IBM PC. Это UNIX-подобная система с очень компактным ядром и высокой производительностью.

Средний уровень представлен выделенным “СЕРВЕРОМ” для централизованной обработки информации, ее хранения в архивах и выдачи по требованию соответствующих задач, запускаемых на рабочей станции. “СЕРВЕР” может находиться как непосредственно на объекте, в режиме автономной работы осциллографа, так и в центре диспетчерского управления, в режиме регистрации аварий во всей энергосистеме. Также возможна работа осциллографа в двухсерверном режиме, когда информация передается и отображается непосредственно в АСУ ТП объекта и одновременно в АСДУ энергосистемы. При этом на сервере АСУ ТП принимается и обрабатывается информация только об аварийных процессах на данном энергообъекте, а сервер АСДУ принимает и обрабатывает информацию от всех осциллографов, находящихся в системе. Для обеспечения оперативного предоставления данных конечным пользователям и для своевременной обработки и сортировки поступающей информации на сервере реализуются два вида хранения данных:

долговременный архив для занесения обработанных данных о работе всей системы. Объем хранимой информации регламентируется только желанием пользователя, поскольку он реализован на базе СУБД MS SQL SERVER 7.0® и возможна организация хранения данных на внешних носителях информации;

динамический архив для хранения данных о текущем состоянии системы. Он находится постоянно в оперативной памяти сервера и обеспечивает быстрый доступ к данным. Размер этого архива ограничен оперативной памятью сервера (реально он рассчитывается на несколько часов).

Такой подход позволяет обеспечить быстрый доступ к данным при осуществлении контроля за работой системы в текущий момент и удобный доступ к долговременным архивам при анализе работы системы за длительный промежуток времени. Следует отметить, что современные СУБД и MS SQL SERVER 7.0® имеют высокую степень защиты данных как от сбоев в работе системы, так и от несанкционированного доступа. Сервер работает под управлением MS WINDOWS NT 4.0 Ser- ver .

Технические характеристики модуля цифрового осциллографирования

Верхний уровень располагается непосредственно на объекте и отображает информацию об аварийных процессах на данном объекте, а также может быть вынесен на удаленный пульт диспетчерского управления. Верхний уровень представлен оборудованием локальной сети и персональными компьютерами, обладающими ресурсами, достаточными для полного отображения информации о режиме и для управления объектом. Программное обеспечение работает под управлением операционной системы MS WINDOWS NT 4.0 Workstation®, которая имеет несколько степеней защиты от несанкционированного доступа и обеспечивает надежную и бесперебойную работу приложений. Программные модули реализованы с применением современных информационных технологий, коммутация рабочих мест по ЛВС по протоколу ТСРМР на основе технологии Ethernet или Fast Ethernet.

Пример пользовательского интерфейса программы “Осциллограф”

Пользователь рабочей станции этого уровня благодаря специально разработанной “клиент-серверной” технологии имеет возможность для доступа к любой информации на уровне предоставленных ему прав. Это существенно снижает вероятность “случайного” сбоя системы по вине пользователя.

Поток данных на рабочую станцию (PC) регламентирует перечень тех подсистем, которые реально работают в данный момент на данном рабочем месте. Это освобождает ресурсы PC от анализа всего объема информации и позволяет вести эффективную обработку локальных задач.

Мощные графические возможности MS WINDOWS NT 4.0®, MS Visual C++ 6.0 и MS Visual Basic 6.0 позволяют обеспечить вывод данных в удобном для восприятия виде. В рамках системы предусмотрены возможность настройки системы отображения под конкретного пользователя, система гибкого перепрограммирования функциональных клавиш, панелей управления и меню.

Разработанная структура технических средств позволила создать уникальное программное обеспечение, дающее наивысший уровень автоматизации обработки аварийной информации, поступающей на диспетчерский пункт от множества осциллографов, расположенных в различных точках энергообъединения. Такими возможностями не обладает ни один известный нам зарубежный комплекс.

Таким образом, система регистрации аварийных процессов позволяет:

производить сбор информации с частотой опроса от 42 мкс. Частота опроса может быть величиной переменной в зависимости от характера процессов регистрируемых системой;

регистрировать действующие значения токов и напряжений при медленных колебаниях в системе с частотой опроса 100 - 200 мс;

производить осциллографирование аналоговых сигналов в практически любом временном диапазоне. Продолжительность времени непрерывного осциллографирования определяется только объемом оперативной памяти в модуле;

регистрировать срабатывание дискретных сигналов от защит, устройств автоматики и коммутационной аппаратуры с точностью до 1 мс. Такая точность, намного превышающая реально необходимую, достигается без увеличения стоимости аппаратуры;

получать дополнительную информацию от подсистем регистрации аналоговых сигналов установившегося режима, от микропроцессорных защит (фирм “ЭКРА”, АВВ, “Радиус”, “Механотроника”) и других внешних устройств;

производить запуск по уставкам, превышение которых регистрируется контроллером, или от внешних устройств (типа УПО). Также возможна работа в режиме “предыстория”, при котором запуск осуществляется по инициативе сверху, по заранее сформированным логическим сигналам;

осуществлять буферирование информации на всех уровнях системы (на уровне модулей, функциональном контроллере, сервере и рабочей станции);

производить анализ и просмотр осциллограмм с помощью дружественного интерфейса программы “Осциллограф”, функционирующей на рабочей станции диспетчера и службы РЗА. Очевидными достоинствами этой программы являются: объединение на сервере отдельных осциллограмм в единые аварийные процессы по признаку общего интервала времени. В системе вполне возможна ситуация, когда осциллографирование по отдельным модулям началось и закончилось неодновременно. Обрабатывающая программа на сервере объединяет отдельные осциллограммы в единый блок для дальнейшего просмотра (см. рисунок);

многооконный интерфейс (отображение осциллограмм в нескольких кадрах на экране одновременно);

автоматическая разбивка по кадрам (в один кадр попадает информация от физически связанных величин, например, три фазы токов и три фазы напряжений по присоединениям);

экспресс-анализ всего аварийного процесса и быстрое перемещение по событию вследствие наличия обзорного кадра;

изменение масштаба графического отображения сигналов по временной оси и амплитуде;

вывод численного значения сигнала в область графического отображения и перемещение его в любое место этой области;

автоматизация процесса анализа осциллограмм благодаря широкому спектру инструментов для подготовки документа к печати (цвет, линии, тексты, метки, стрелки и т.д.), распечатка осциллограмм;

возможность отображения на осциллограмме последовательности срабатывания защит, блинкеров и коммутационной аппаратуры;

наличие векторных диаграмм в индикаторном и оконном режиме, а также разложение трехфазных систем на составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности;

разложение осциллограмм на гармонические составляющие;

определение максимальных и минимальных амплитудных и действующих значений на определенном временном интервале;

возможность сохранения данные в пользовательском архиве на рабочей станции.

Новая версия системы регистрации аварийных процессов предоставляет уникальные возможности для работы широкого крута пользователей и благодаря внедрению новой техники и программного обеспечения имеет следующие основные особенности, выгодно отличающие ее от других разработок.

Система единого времени позволяет синхронизировать все процессы опроса с точностью в 1 мс. Использование сигналов “GPS” или “Глонас” позволяет синхронизировать процессы опроса по отношению к абсолютному времени. Это дает возможность синхронизации и одновременного просмотра данных, полученных от разных модулей и подсистем и при синхронизации данных от разных электроэнергетических объектов для анализа на более высоком уровне управления энергосистемой.

Модульный принцип компоновки комплекса позволяет потребителю из полного набора технических и программных средств выбрать необходимое. При этом сохраняется возможность расширения системы в дальнейшем как с точки зрения увеличения числа каналов сбора информации (в отличие от многих аналогов наша система не ограничивает пользователя 16 или 64 каналами осциллографирования), так и с точки зрения подключения других систем (регистрации нормального режима, регистрации срабатывания коммутационной аппаратуры и т.д.). Благодаря модульному принципу компоновки комплекса возможно создание систем регистрации аварийных процессов на 1000 аналоговых и 5000 дискретных сигналов, и это не предел.

Децентрализованный метод сбора и первичной обработки информации позволяет перенести процесс сбора, обработки и привязки ко времени информации на уровень модуля, представляющего собой высокоинтеллектуальное устройство, обеспечивающее многоканальный ввод аналоговых сигналов и их аналого-цифровое преобразование.

Обмен информацией с внешними подсистемами позволяет обмениваться аварийной информацией с цифровыми релейными защитами отечественных и зарубежных фирм-изготовителей.

Обмен информацией по локальной сети АСУ ТП, модемным и радиоканалам связи позволяет обмениваться информацией с пунктами диспетчерского управления более высокого уровня и объединять там по признаку времени осциллограммы, полученные в разных точках энергосистемы.