Автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции Российский патент 2018 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при создании автоматизированных систем мониторинга, защиты и управления электрических цифровых подстанций, оборудованных, преимущественно, двумя закрытыми распределительными устройствами на 35 кВ и 6-10 кВ.

Известно техническое решение в области цифровых подстанций [RU 107411 U1, H02J 13/00, 27.08.2011], содержащее ячейки КРУ, снабженные модулями управления и мониторинга, цифровые датчики тока и напряжения главных цепей КРУ, первую и вторую ЛВС Ethernet с дублированными шинами и комплексы АСУТП и РЗА, снабженные модулями сопряжения с указанными шинами, причем к шинам первой ЛВС подключены комплекс АСУТП и комплекс РЗА, к шинам второй ЛВС - комплекс РЗА, модули управления и мониторинга ячеек КРУ и выходы указанных цифровых датчиков, при этом модуль управления и мониторинга, по меньшей мере, одной ячейки КРУ подключен первым и вторым дублированными портами Ethernet к дублированным шинам первой и второй ЛВС соответственно.

Недостатком этого технического решения является относительно узкие функциональные возможности.

Кроме того, известно техническое решение [RU 2552842 С2, H02J 13/00, Н02В 7/00, 10.06.2015], содержащее датчики технических параметров оборудования, подключенные одними выводами к оборудованию электрической подстанции, другими выводами - к преобразователям электрического сигнала в оптический, оптическую шину передачи данных из преобразователя в преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал, систему управления оборудования электрической подстанции, причем выходы преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал подключены к информационным входам технологической системы управления, а именно системы управления, распределяющей информационные потоки между подсистемами анализа диагностических параметров, управления элементами устройства исполнения команд управления, учета действующих значений токов и напряжений и защиты, выходные цепи которых объединены на входах системы сетевого взаимодействия, дополнительно соединенной с системой управления оборудованием электрической подстанцией, при этом оптическая шина команд управления одними концами подключена к системе управления, а другими - к устройству исполнения команд управления, причем использованы два блока оборудования питания отдельных потребителей электрической энергии, которые соединены посредством шины сетевого взаимодействия, подключенной к системам сетевого взаимодействия блоков.

Недостатком этого технического решения также является относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенной является автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции [RU 2468407, G05B 19/00, H02J 13/00, 27.11.2012], включающая датчики технических параметров оборудования электрической подстанции, соединенные с преобразователем электрического сигнала в оптический, оптическую шину передачи данных, преобразователи оптического сигнала в электрический сигнал и устройство для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции, выполненное в виде кластера серверов, состоящего из нескольких компьютеров, соединенных в единую систему, при этом кластер серверов соединен с устройством управления оборудования электрической подстанции, расположенного на рабочем месте оператора и отдельной шиной с устройствами, исполняющими команды управления, расположенными на оборудовании электрической подстанции, и с терминалом удаленного доступа.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность и точность.

Задачей, которая решается в изобретении, является создание системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции, отличающейся повышенной надежностью и точностью.

Требуемый технический результат заключается в повышении надежности и точности.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в систему, содержащую автоматизированное рабочее место оператора, первую группу датчиков технических параметров оборудования и первую группу устройств релейной защиты и автоматики, образующие первое закрытое распределительное устройство, вторую группу датчиков технических параметров оборудования и вторую группу устройств релейной защиты и автоматики, образующие второе закрытое распределительное устройство, первый преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал, первый преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал и первую оптическую шину передачи данных, при этом первый преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал и первый преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал соединены через первую оптическую шину передачи данных, а также основной сервер, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом автоматизированного рабочего места оператора, согласно изобретению, введены первый коммутатор, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом первого закрытого распределительного устройства, а второй и третий входы-выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами первого оптического преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал, второй коммутатор, первый и второй входы-выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами первого преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход соединен со вторым входом-выходом основного сервера, второй преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал, второй преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал и вторую оптическую шину передачи данных, при этом второй преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал и второй преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал соединены через вторую оптическую шину передачи данных, третий коммутатор, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом второго закрытого распределительного устройства, а второй и третий входы-выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами второго преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал, резервный сервер, первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом автоматизированного рабочего места оператора, четвертый коммутатор, первый и второй входы-выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами второго преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход соединен со вторым входом-выходом резервного сервера, а также сервер единого времени, вход-выход которого соединен с входами единого времени основного и резервного серверов, при этом, четвертый вход-выход второго коммутатора соединен с третьим входом-выходом резервного сервера, четвертый вход-выход четвертого коммутатора соединен с третьим входом-выходом основного сервера, третий вход-выход первого преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал соединен с третьим входом-выходом второго преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход второго преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал соединен с третьим входом-выходом первого преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал.

На чертеже представлена функциональная схема автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции.

Автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции содержит автоматизированное рабочее место (АРМ) 1 оператора, первую группу 2 датчиков технических параметров оборудования и первую группу 3 устройств релейной защиты и автоматики, образующие первое закрытое распределительное устройство 4, вторую группу 5 датчиков технических параметров оборудования и вторую группу 6 устройств релейной защиты и автоматики, образующие второе закрытое распределительное устройство 7, первый преобразователь 8 электрического сигнала в оптический сигнал, первый преобразователь 9 оптического сигнала в электрический сигнал и первую оптическую шину 10 передачи данных, при этом первый преобразователь 8 электрического сигнала в оптический сигнал и первый преобразователь 9 оптического сигнала в электрический сигнал соединены через первую оптическую шину 10 передачи данных.

Автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции содержит также основной сервер 11, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом автоматизированного рабочего места 1 оператора, первый коммутатор 12, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом первого закрытого распределительного устройства 4, а второй и третий входы-выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами первого оптического преобразователя 8 электрического сигнала в оптический сигнал, второй коммутатор 13, первый и второй входы-выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами первого преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход соединен со вторым входом-выходом основного сервера 11.

Кроме того, автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции содержит второй преобразователь 14 электрического сигнала в оптический сигнал, второй преобразователь 15 оптического сигнала в электрический сигнал и вторую оптическую шину 16 передачи данных, при этом, второй преобразователь 14 электрического сигнала в оптический сигнал и второй преобразователь 15 оптического сигнала в электрический сигнал соединены через вторую оптическую шину 16 передачи данных.

Помимо указанных выше автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции содержит третий коммутатор 17, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом второго закрытого распределительного устройства 7, а второй и третий входы-выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами второго преобразователя 14 электрического сигнала в оптический сигнал, резервный сервер 18, первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом автоматизированного рабочего места 1 оператора, четвертый коммутатор 19, первый и второй входы-выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами второго преобразователя 15 оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход соединен со вторым входом-выходом резервного сервера, а также сервер 20 единого времени, вход-выход которого соединен с входами единого времени основного и резервного серверов.

В автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции четвертый вход-выход второго коммутатора 13 соединен с третьим входом-выходом резервного сервера 18, четвертый вход-выход четвертого коммутатора 19 соединен с третьим входом-выходом основного сервера 11, третий вход-выход первого преобразователя 8 электрического сигнала в оптический сигнал соединен с третьим входом-выходом второго преобразователя 15 оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход второго преобразователя 14 электрического сигнала в оптический сигнал соединен с третьим входом-выходом первого преобразователя 9 оптического сигнала в электрический сигнал.

Работает автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции следующим образом.

Работа автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции основана на обработке сигналов от групп 2 и 5 датчиков технических параметров оборудования и выработке на этой основе управляющих воздействий для групп 3 и 6 устройств релейной защиты и автоматики, которые образуют первое 4 и второе 7 закрытые распределительные устройства, например для наиболее приемлемых для практики рабочих напряжений 35 кВ и 6-10 кВ, соответственно.

Сигналы от группы 2 датчиков через первый коммутатор 12 коммутируется по двум путям. Один из них направляет сигналы через первый преобразователь 8 электрического сигнала в оптический сигнал, первую 10 оптическую шину передачи данных, первый преобразователь 9 оптического сигнала в электрический сигнал и второй коммутатор 13 в основной сервер 11, который совместно с АРМ 1 производит регистрацию, обработку и анализ этих сигналов, например сравнение с заданными параметрами, и, например, при недопустимом отклонении от нормы производит выработку команд управления, которые по тому же пути поступают через первый коммутатор 12 поступают на первую группу 3 устройств релейной защиты и автоматики для управления соответствующим оборудованием электрической подстанции. Команды управления могут быть поданы как из основного сервера 11, так и через него из АРМ 1.

Кроме того, первый коммутатор 1 обеспечивает дублирование прохождение сигналов от первой группы 2 датчиков на резервный сервер 18 и передачу сигналов управления в случае неисправности оборудования, обеспечивающего описанную выше передачу на основой сервер 11 и от него.

Аналогично сигнал от второй группы 5 датчиков через третий коммутатор 17 передается на основной сервер 11 и АРМ 1, команды управления от них на вторую группу 6 устройств релейной защиты и автоматики.

Кроме того, третий коммутатор 17 обеспечивает дублирование прохождение сигналов от второй группы 5 датчиков на резервный сервер 18 и передачу сигналов управления в случае неисправности оборудования, обеспечивающего описанную выше передачу на основой сервер 11 и от него.

Для обеспечения синхронной работы основного 11 и резервного 18 серверов используется сервер 20 единого времени.

Таким образом, благодаря введению дополнительных блоков и связей обеспечивается требуемый технический результат, заключающийся в повышении надежности и точности работы системы.

Использование – в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и точности работы системы мониторинга, защиты и управления электрических цифровых подстанций. Согласно изобретению система содержит автоматизированное рабочее место оператора, две группы датчиков технических параметров оборудования и две группы устройств релейной защиты и автоматики, образующие первое и второе закрытые распределительные устройства, первый преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал, два преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал и два преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал, две оптические шины передачи данных, а также основной сервер, четыре коммутатора, резервный сервер и сервер единого времени с соответствующими связями. 1 ил.

Автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции, содержащая автоматизированное рабочее место оператора, первую группу датчиков технических параметров оборудования и первую группу устройств релейной защиты и автоматики, образующие первое закрытое распределительное устройство, вторую группу датчиков технических параметров оборудования и вторую группу устройств релейной защиты и автоматики, образующие второе закрытое распределительное устройство, первый преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал, первый преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал и первую оптическую шину передачи данных, при этом первый преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал и первый преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал соединены через первую оптическую шину передачи данных, а также основной сервер, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом автоматизированного рабочего места оператора, отличающаяся тем, что введены первый коммутатор, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом первого закрытого распределительного устройства, а второй и третий входы-выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами первого оптического преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал, второй коммутатор, первый и второй входы-выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами первого преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход соединен со вторым входом-выходом основного сервера, второй преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал, второй преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал и вторую оптическую шину передачи данных, при этом второй преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал и второй преобразователь оптического сигнала в электрический сигнал соединены через вторую оптическую шину передачи данных, третий коммутатор, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом второго закрытого распределительного устройства, а второй и третий входы-выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами второго преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал, резервный сервер, первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом автоматизированного рабочего места оператора, четвертый коммутатор, первый и второй входы-выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами-выходами второго преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход соединен со вторым входом-выходом резервного сервера, а также сервер единого времени, вход-выход которого соединен с входами единого времени основного и резервного серверов, при этом четвертый вход-выход второго коммутатора соединен с третьим входом-выходом резервного сервера, четвертый вход-выход четвертого коммутатора соединен с третьим входом-выходом основного сервера, третий вход-выход первого преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал соединен с третьим входом-выходом второго преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал, а третий вход-выход второго преобразователя электрического сигнала в оптический сигнал соединен с третьим входом-выходом первого преобразователя оптического сигнала в электрический сигнал.