Главная | Обратная связь

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии на базе системы S.P.I.D.E.R MicroSCADA

 

Концепция построения АСКУЭ НГДП основана на использовании интеллектуальных счетчиков элеюричсской энергии и системы, позволяющей осуществлять контроль и управление по цифровым каналам удаленных и местных технологических объектов, работающей в режиме реального времени.

Реализации предложенной концепции предполагает снижение перерасхода денежных средств из-за повышения достоверности информации по действительном}' электропотреблению в часы максимума и возможностью прогнозирования оперативного (в реальном масштабе времени) контроля и управления потребляемой мощностью отдельными объектами и предприятием в целом.

Ниже рассматривается общая структура АСКУЭ, принятая в ООО «Самотлорэнергонефть» (рис.1.7).

 

 

 

Объектами управления системы являются распределительные устрой­ства напряжением 6кВ (РУ) и питающие их понизительные подстанции (ПС) напряжением 220/1 10/35кВ или 110/35/6кВ. Подстанции по террито­риальному и функциональному признакам относятся к различным сетевым районам, которые находятся на значительном расстоянии друг от друга (10...80 км). Сетевой район, в свою очередь, объединяет базовый участок (подстанции и РУ, которые находятся друг от друга на расстоянии не более 3 км и с находящимся на нем дежурным электриком-диспетчером) с одним или с несколькими удалёнными участками, подобными базовому, но не имеющими постоянного обслуживающего персонала и удаленными от ба­зового участка на расстоянии более 3 км.

Управление сетевыми районами (ПЭС) осуществляется центральной диспетчерской службой (ЦДС) и расстояние до сетевых районов может достигать порядка , нескольких десятков километров.

На ПС и в РУ установлены счетчики "Альфа" фирмы ABB. Там же ус­тановлены мультиплексоры-расширители (МПР), позволяющие осуществ­лять подключение по токовой петле до 16-ти счётчиков. Выходом муль­типлексора-расширителя является стык RS-422, по которому и происходит опрос всех подключенных счётчиков. Для оперативного контроля токов, напряжений и потребляемой мощности устанавливаются преобразователи тока и напряжения в стандартный сигнал 4-20 мА или 0- 5мА. В распределительных устройствах устанавливаются станции управ­ления, которые представляют собой шкаф с установленным в нём кон­троллером типа SLC-5/04 или PLC-5 и определенным количеством клеммников, автоматов и промежуточных реле, необходимых для контроля и управления за потреблением электроэнергии и мощности.

Система управления представляет собой четырехуровневую систему. Первый уровень - это удалённые участки сетевого района, на которых ус­танавливаются технологические контроллеры, объединённые в сеть DH+ (протяженностью сети до 3 км и скоростью связи для модема равной 57600 бод). Второй уровень включает в себя базовые участки сетевых районов, где также устанавливается сеть контроллеров DH+ и, дополнительно, пер­сональная ЭВМ и АРМ рабочего места дежурного электрика-диспетчера, включаемая в эту же сеть. Третьим уровнем управления является ЦДС, включающая в себя персональную ЭВМ и АРМ рабочего места централь­ного диспетчера, контроллер-концентратор и контроллер удалённого дос­тупа, объединённые в сеть DH+. Четвёртым уровнем системы управления является персональная ЭВМ и АРМ рабочего места службы управления электроснабжением нефтедобывающих предприятий. Циклический опрос контроллеров сетевых районов и контроллеров удалённых участков осу­ществляется контроллером-концетратором центральной диспетчерской службы через связные концентраторы сетевых районов и удалённых уча­стков, функции которых выполняет один из технологических контролле­ров. Операционная система - Windows 95, инструментальными средствами программирования операторского интерфейса являются программные про­дукты компании ROCkwell Software и фирмы ABB (программные продук­ты Versoft Ореп++).

Техническая и коммерческая информация со счетчиков "Альфа" сни­мается автоматически каждые сутки и заносится в базу данных (БД) реаль­ного времени персональной ЭВМ центральной диспетчерской службы, В качестве системы управления БД используется FoxPro for Windows и Vis­ual FoxPro.

Основной задачей учета электропотребления (коммерческого, опера­тивного) является сбор, обработка и хранение данных о нагрузках и элек­тропотреблении. Опрос счетчиков ведется на персональной ЭВМ ЦДС в заданном регламенте (ежесуточно). Срок хранения информации ограничен только емкостью жесткого диска. Особенностью системы является то, что коммерческий и оперативный контроль разделены с помощью технических средств. В случае длительного отказа связи с объектом потери коммерче­ской информации не происходит, т.к. счетчик способен хранить информа­цию в течение последних 8 месяцев.

Формирование отчетных форм происходит по потребленной и выдан­ной активной и реактивной энергии с возможностью построения профиля нагрузки на 30-минутных интервалах в часы максимумов активных нагру­зок энергосистемы за сутки, за месяц и т.д. Информация может сортиро­ваться по любому признаку и за любой период и представлена в формах DBF.

Оперативный контроль осуществляется на базе мгновенных показа­ний токов и напряжений и предназначен для недопущения превышения за­явленной максимальной мощности на получасовом интервале в часы мак­симумов. С этой целью за каждые полчаса рассчитывается среднее значе­ние мощности и вычисляется отклонение от заявленной мощности. Таким образом, учет дает подробную за длительное время структуру электропо­требления, которая используется для анализа. На основе всех данных оп­ределяется электропотребление для разных потребителей и субабонентов, баланс расхода электроэнергии по направлениям использования и удель­ный расход электроэнергии на добычу жидкости нефти и т.д.

Выработка рекомендаций по рациональному электропотреблению осуществляется путем выбора и корректировки предложенных специали­стами цехов добычи и поддержания пластового давления вариантов веде­ния технологического режима работы оборудования. При этом оценивает­ся (соответствующее рассматриваемому варианту) электропотребление по объектам и интервалам времени работы в течение суток с учетом функ­ционального и временного резервирования.

Реализация выработанных решений представляется в виде графиков работы технологического оборудования и выделении такого списка техно логического оборудования, который обеспечивает минимум потерь про­дукции при отключениях в часы максимума активных нагрузок энергосис­темы.

АСКУЭ содержит разнообразные графические чертежные возможно­сти. Программные средства графического представления данных позволя­ют пользователю вводить схемы новых объектов, корректировать схемы при изменениях, хранить их в памяти компьютера и печатать их при необ­ходимости. База данных дает множество альтернатив для вывода схем се­ти, схем подстанций, которые могут быть использованы для документиро­вания существующих или планируемых распределительных сетей.

Таким образом, АСКУЭ НГДП позволяет решать проблему обработки больших объемов оперативной информации по электропотреблению, по­ступающей с нефтепромысла, что позволило провести статистический ана­лиз графиков нагрузок и электропотребления в нефтедобыче, снизить энергозатраты на тонну добываемой жидкости (нефти) и оптимально сни­зить плату за электроэнергию, т.е. уменьшить общие затраты в нефтедобы­вающих предприятиях. Алгоритмы и программы обеспечивают функцио­нирование системы электроснабжения в режиме активного кибернетиче­ского комплекса, участвующего в оптимизации электропотребления и тех­нологических процессов добычи нефти.

 

1.3.3. Аппаратно-программный комплекс "МИР"

 

Аппаратно-программный комплекс «Мир» автоматизированного дис­петчерского управления и учета электроэнергии предназначен: для сбора информации с объектов электроснабжения, первичной обработки собран­ной информации, передачи ее по физическим линиям связи или радиока­налу в пункт управления (ПУ) и представление ее в удобном виде диспет­черу; для управления оборудованием объектов электроснабжения по ко­мандам диспетчера; для автоматизации централизованного кош-роля и уче­та электроэнергии; для контроля параметров электроэнергии; для форми­рования базы данных о текущем состоянии объектов и контролируемых параметров и последующего использования этой базы на верхних уровнях управления предприятием.

АПК «Мир» (АСТУЭ/АСДУ) обеспечивает выполните следующих функций:

1. Контролирующие функции: контроль текущего состояния комму­тационных аппаратов; измерение и контроль текущих значений токов, напряжений, активной и реактивной мощности, а также других технологических параметров; оперативный контроль по­требляемой мощности; контроль работоспособности каналов свя­зи; контроль оперативного напряжения цепей ТУ.

2. Аварийно-предупредительные функции: выявление изменений контролируемых параметров (выход за уставки измеряемых вели­чин, срабатывание коммутационных аппаратов) и оповещение об этом диспетчера; ведение протокола текущих и аварийных собы­тий, происходящих как на КП, так и в ПУ; формирование и печать отчетов по аварийным переключениям.

3. Функции учета: сбор данных о показаниях счетчиков и передача информации на сервер АСТУЭ; технический и коммерческий учет электроэнергии.

4. Функции управления: телеуправление коммутационными аппара­тами; снятие с контроля и постановка на контроль КП во время регламентных и ремонтных работ.

5. Функции самоконтроля: самодиагностика субблоков контролле­ров, каналов связи и системы в целом.

Автоматизированная система диспетчерского управления и техниче­ского учета электроэнергии комплекса нефтедобычи (АСДУ/АСТУЭ «Мир») НГ'ДП представляет собой систему с трехуровневой организацией.

Первый уровень, уровень КП, предназначен для сбора и предвари­тельной обработки данных с функциональных элементов контролируемых объектов, передачи данных для дальнейшей обработки на второй уровень, а также для управления объектами по командам, передаваемым из ПУ.

Второй уровень, уровень управления, предназначен для обработки и визуализации полученных от КП данных, ведения базы данных, выдачи отчетных документов, обеспечения возможности управления исполни­тельными механизмами масляных выключателей, а также передачи ин­формации на третий уровень - в систему управления предприятием.

К третьему уровню относятся программные и аппаратные средства, позволяющие выполнять такие функции системы, как выход в локальную вычислительную сеть (ЛВС) предприятия, дублирование информации главному энергетику, главному инженеру, на рабочие станции управления НГДП, а также организация передачи информации на сервер предприятия, обеспечение функций автоматизированного учета электроэнергии. Третий уровень не имеет возможности непосредственного оперативного управле­ния энергообъектами.

Кроме того, программные и аппаратные средства третьего уровня АПК «Мир» обеспечивают передачу данных в единую корпоративную ин­формационную сеть нефтяной компании и поддерживают совместную ра­боту с верхними уровнями различных SCADA-систем, в том числе и с MicroSCADA «АББ - Автоматизация».

Реализация каналов связи между КП и ПУ предполагается с примене­нием радиотрансляторов, предназначенных для организации работы групп

КП по радиоканалу и дальнейшей доставки информации от радиотрансля­торов по линиям радиорелейной связи в ПУ.

Для обеспечения устойчивой и надежной работы системы АСДУ/АСТУЭ по радиоканалу, охвату всех контролируемых пунктов, увеличения скорости доставки информации, а также учета ландшафта ме­стности предполагается использование для работы системы как минимум двух радиочастот. Предлагаются к использованию частоты, находящиеся в диапазоне УКВ 146-174МГц или 403-470МГц.

Информация по техническому учету электроэнергии с диспетчерского пункта поступает в отдел сбыта электроэнергии НГДП. В качестве канала связи используется выделенная или коммутируемая телефонная линия.

Рассмотрим более подробно первые два уровня системы.

Первый уровень системы осуществляет сбор и предварительную об­работку данных с функциональных элементов контролируемых объектов (ПС 35/6кВ, ЗРУ-6кВ) и передачу данных для дальнейшей обработки на второй уровень (уровень пунктов управления - ПУ), а также для управле­ния объектами по командам, передаваемым из ПУ.

Уровень контролируемых пунктов включает в себя: контроллер «Омь», измерительные преобразователи; счетчики электроэнергии; обо­рудование связи.

Если контролируемые пункты находятся в непосредственной близости друг от друга (до 1 км), в данном случае это ПС 35/6кВ «ДНС» и их ЗРУ- 6кВ «КНС», то связь с ПУ по радиоканалу реализует только один контрол­лер, установленный на ПС 35/6кВ «ДНС», являясь для контроллеров ЗРУ- 6кВ ретранслятором. При этом связь между ПС и ЗРУ-6кВ осуществляется по интерфейсу RS485.

Если контролируемые объекты требуют обработки большого количе­ства сигналов, как ЗРУ-6кВ «ДТП», и функциональной емкости одного контроллера недостаточно, то на таких объектах устанавливаются допол­нительные «ведомые» контроллеры. В этом случае связь с ПУ по радиока­налу поддерживает только один «ведущий» контроллер. Связь между кон­троллерами осуществляется по интерфейсу RS485.

Если некоторые контролируемые объекты расположены вне зоны уве­ренного приема радиостанции, то близко расположенный контроллер мо­жет выполнять роль ретранслятора. В этом случае схема доставки сообще­ний может иметь несколько вариантов, из которых выбирается канал связи с наилучшим качеством передачи информации (маршрутизация). Кроме того, любой контроллер системы сам может выступать в роли ПУ и орга­низовывать работу выделенной группы КП на отдельной радиочастоте.

Второй уровень системы (уровень Г1У) представляет собой сервер АСДУ и технического учета, устанавливаемый в диспетчерской НГДП. В качестве сервера используется ПК с ОС WINDOWS 9x/2000/NT и про­граммным обеспечением АСДУ на базе SCADA-пакета «Электроэнергети­ка» Мир АНК-02 «Windows» и пакетом программ по учету электроэнер­гии.

В состав ПУ входит следующее оборудование: сервер АСДУ/АСТУЭ с ПО; плата интерфейсов RS232 «PSI-162B»; модемы «AnCom STE-2442- 4+» для связи с ретрансляторами; модем «Zyxel U-336E» для передачи данных в управление НГДП.

Сервер АСДУ и технического учета электроэнергии обрабатывает данные с объектов ПС и ЗРУ (уровня КП), в том числе и со счетчиков электроэнергии, представляет данные по АСДУ в удобной для восприятия форме диспетчеру и другим пользователям, передает команды диспетчера на уровень КП, ретранслирует запросы удаленных пользователей к КП и передает ответы на них, хранит полученную информацию в виде файлов протокола и измерений, формирует отчетные документы, ведет базу дан­ных и передает информацию по техническому учету электроэнергии на верхний уровень в систему управления за любой промежуток времени по полученным запросам или автоматически.

Исходная информация для системы учета электроэнергии поступает с выходов счетчиков электроэнергии в контроллер контролируемого пункта (КП). После накопления в КП информация по каналу связи поступает в ПУ. Программным обеспечением ПУ является программа «МИР АПК-02». Эта программа обрабатывает данные, поступившие по каналу связи от КП, и создает базу данных, в которой накапливается полученная информация. На рис. 1.8 приведена схема системы учета электроэнергии.

Программа «МИР АПК-02» позволяет просматривать данные в виде графиков и имеет возможность передавать эти данные для дальнейшей об­работки специализированным программам «Сбор», «Учет», «Отчеты», ус­тановленным на сервере АСДУ/АСТУЭ в ПУ или на другом сервере уров­ня управления предприятием, а также в подразделениях НГДП, занимаю­щихся учетом электроэнергии.

Программа «Сбор» производит обработку данных, поступающих от программы «МИР АПК-02» и сохраняет их в локальной базе данных. Да­лее в тексте сетевой район будет называться регион.

Следующим звеном в системе учета электроэнергии является про­грамма «Учет», основное назначение которой - построение графиков мощности и энергии, отчетов, а также оперативный контроль потребляе­мой мощности в реальном времени.

Программа «Учет» позволяет объединять данные из нескольких ло­кальных баз данных в одну глобальную базу. При таком объединении по­является возможность просматривать суммарные графики и отчеты, в ко­торых используются данные от нескольких регионов. Количество регионов может достигать 100. Возможно подключение к одной локальной базе дан­ных региона нескольких программ «Учет», которые установлены в разных местах.

В качестве глобальной базы данных по учету электроэнергии предпо­лагается использование БД Microsoft SQL Server 2000.

Обработка показаний от счетчиков электрической энергии может производиться в несколько этапов: прием и первичная обработка данных на сервере АСДУ/АСТУЭ; прием подготовка и запись SQL-сервер данных для оперативного и неоперативного анализа; оперативный контроль значе­ния потребляемой мощности; неоперативный анализ мощности; передача данных на верхний уровень в систему управления предприятием и службы сбыта электроэнергии (на сервер предприятия).

Сервер АСТУЭ позволяет строить графики средней мощности по от­дельным счетчикам и суммарный график по группе отмеченных счетчиков. Кроме того, можно получить расход электроэнергии за любой заданный период времени.

Для обеспечения возможности оперативного контроля за уровнем по­требляемой мощности в часы максимума энергосистемы функции сервера АСТУЭ входит организация более частного и частого опроса счетчиков в пределах указанных временных зон. Контролируется полная активная и реактивная мощность, cos φ, баланс реактивной мощности, tg φ.

Контроль мощности ведется по группам потребителей, которые могут состоять из любого количества счетчиков - от одного до всех опрашивае­мых.

Группы потребителей создаются пользователем. Количество групп счетчиков не ограничено. Для каждой группы задаются границы допусти­мой величины мощности. При приближении текущего значения мощности к значению заявленной мощности диспетчеру выдается звуковое и визу­альное предупреждение.

Система учета электроэнергии полностью поддерживает многополь­зовательский режим работы. Неограниченное количество пользователей сети со своими правами доступа к серверу одновременно могут использо­вать накапливаемую информацию для работы как в программе оператив­ного контроля мощности, так и в программе учета электроэнергии. Кроме этого, можно обрабатывать данные любыми приложениями по Windows (Excel, FoxPro и т.п.).

С помощью программы неоперативного анализа мощности осуществ­ляется анализ активной, реактивной мощностей в прямом и обратном на­правлении за сутки, месяц, год, печать выходных форм и диаграмм по уче­ту электроэнергии.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Нарисуйте типовые графики нагрузки для нефтяного месторож­дения, НПС и КС транспорта газа.

2. Назовите технические средства АСКУЭ объектов нефтедобычи.

3. Назовите типы счетчиков.

4. Назначение и основные элементы счетчика АЛЬФА.

5. Укажите обозначение счетчика АЛЬФА и дайте расшифровку принятых обозначений.

6. Назовите уровни АСКУЭ на базе системы MicroSCADA.

7. Назовите функции и основные элементы АПК "Мир".