Материал: Проектирование автоматизированной системы управления трёхфазного трансформатора

Проектирование автоматизированной системы управления трёхфазного трансформатора

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт кибернетики, информатики и связи

Кафедра Кибернетических систем

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Проектирование систем управления технологическими процессами»

На тему: Проектирование автоматизированной системы управления трёхфазного трансформатора

Тюмень 2014

Оглавление

Введение

Этапы реализации

Рассмотрение функции системы мониторинга

Структура аппаратного обеспечения ЭСМДУ-ТРАНС

Структура программного обеспечения ЭСМДУ-ТРАНС

Датчики и их описание

Организация АРМ Оператора

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых и гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Для передачи электроэнергии на дальние расстояния, от производителя к потребителю, необходимо повышать напряжение (110; 220; 330; 500; 750 кВ). Эту функцию выполняют повышающие трансформаторы. Далее на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кВ (в городах и промышленных объектах) или 35 кВ в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей. Наконец для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 В.

Как уже известно, что человечество уже не может жить без электричества и все больше и больше нуждается в потребности в эксплуатации электротехники. Основным и особо важным оборудованием участвующий в передачи электроэнергии является трансформатор.

Что же такое трансформатор? Это электрический аппарат, который предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения.

Многие специалисты отмечают, что менять трехфазный трансформатор по истечении его назначенного ресурса (25 - 30 лет) зачастую оказывается нецелесообразно. Дело в том, что, если, условия работы оборудования на протяжении срока эксплуатации соответствовали расчетным, а нагрузки не превышали номинальных значений, велика вероятность того, что состояние его твердой изоляции (основной параметр, определяющий реальный срок службы трансформатора) после завершения назначенного ресурса останется удовлетворительным.

Актуальность Более 80% отказов в трансформаторах высших классов напряжения связано не с выработкой физического ресурса, а в результате образования и развития различных дефектов. Существующая система периодического контроля и мониторинга что позволяет выявлять лишь медленно развивающиеся дефекты в связи с тем, что минимальный период контроля превышает 6 месяцев и таким образом не позволяет выявлять до 60% дефектов, развивающихся в трехфазных.

В работе будет рассмотрена автоматизированная система управления, во избежание аварийных и предаварийных ситуациях во время эксплуатации, что снизит риск угрозы жизни человека и окружающей среды.

Историческая справка

Раньше для выяснения состояния и наличия дефектов в трёхфазного трансформатора приходилось выезжать на место установки оборудования и вручную проводить его тестирование.

Основные этапы комплексного обследования трансформаторов:

. Подготовительный этап.

·        Анализ аварийности и характерных дефектов трансформаторов аналогичной конструкции (в том числе на основании результатов обследований и проведенных ремонтов).

·        Сбор и анализ эксплуатационной информации (режимов работы трансформатора, уровней токов КЗ, результатов измерений электрических параметров трансформатора, физико-химических анализов масла из бака, вводов и РПН и др.). 2. Этап полевых работ. Полевые обследования проводятся в режиме наибольшей возможной нагрузки (желательно не менее 50% номинальной, а также на отключенном трансформаторе (если запланированы электрические испытания).

Продолжительность полевых обследований - 4-10 рабочих часов. При проведении измерений на отключенном трансформаторе время полевых обследований увеличивается до 9-18 рабочих часов. Современные условия заставляют отказаться от плановых единовременных измерений всех контрольных параметров с тем, чтобы обеспечить учащенный контроль наиболее опасных дефектов без дополнительных затрат на контроль развития дефектов, появление которых маловероятно. Появляются попытки дифференцировать интервалы измерений параметров с учетом их информативности и опасности соответствующих выявляемых дефектов: специалисты эксплуатационных служб энергетических предприятий выбирают параметры для учащенного контроля, основываясь зачастую прежде всего лишь на собственном опыте и интуиции.

Целями автоматизации является:

Автоматизация контроля состояния трёхфазного трансформатора для повышения эффективности его эксплуатации и выявления проблем в работе трёхфазного трансформатора.

Задачами автоматизации является:

·        Рассмотрение функции системы мониторинга

·        Структура аппаратного обеспечения ЭСМДУ-ТРАНС

·        Структура программного обеспечения ЭСМДУ-ТРАНС

·        Датчики и их описание

·        Шкаф соединений системы мониторинга

·        Организация АРМ Оператора

Этапы реализации

Рассмотрение функции системы мониторинга

Экспертная система мониторинга, диагностики и управления «ЭСМДУ-ТРАНС» предназначена для:

·              контроля технического состояния трансформаторного оборудования в процессе эксплуатации

·              формирования диагностических, предупреждающих и аварийных сообщений, ведения баз данных

·              передачи информации о техническом состоянии оборудования в автоматизированную систему управления подстанции (АСУ ТП)

·              Пользователями системы является персонал служб подстанции и эксперты по трансформаторам.

Структура аппаратного обеспечения ЭСМДУ-ТРАНС

Аппаратное обеспечение ЭСМДУ-ТРАНС имеет 4-х уровневую структуру: 1-й уровень - датчики и первичные преобразователи измеренных сигналов; 2-й уровень - приборы сбора данных, обеспечивающие обработку и преобразование данных, реализацию управляющих алгоритмов системы охлаждения (СО) и переключающих устройств (ПУ), передачу сигналов управления исполнительным устройствам, подготовку и передачу данных на 3-й уровень системы; 3-й уровень - сбор данных от группы трансформаторов, первичные диагностические расчеты технического состояния, запись данных аварийных процессов, передача данных на 4-й уровень; 4-й уровень - расчет всех диагностических параметров группы трансформаторов, ведение долгосрочных архивов, визуализация результатов работы экспертиз, передача данных в АСУ ПС.

Структура программного обеспечения ЭСМДУ-ТРАНС

Программная часть системы ЭСМДУ-ТРАНС имеет 4-х уровневую структуру:

-й уровень - программное обеспечение интеллектуальных измерительных приборов:

·        TDM-P034;

·        Hydrocal 1008;

·        Qualitrol.

-й уровень - программное обеспечение контроллеров шкафа соединений и шкафа диагностики, обеспечивающее:

·        постоянное считывание данных всех аналоговых, цифровых и релейных сигналов от датчиков и приборов с различной частотой опроса

·        предварительную обработку и хранение данных, обмен данными с программным обеспечением уровня 3;

·        формирование и выдачу сигналов для релейных защит трансформатора;

·        формирование и выдачу сигналов управления механизмами системы охлаждения (насосами, вентиляторами, клапанами);

-й уровень - программное обеспечение промышленного компьютера шкафа АРМ, обеспечивающее:

·        постоянное считывание данных измерений, передаваемых контроллером шкафа диагностики, первичный анализ и запись этой информации в актуальную базу данных; периодический ввод в справочную базу данных системы информации о результатах диагностики физико-химических свойств трансформаторного масла и результатах хроматографического анализа газов растворенных в масле, выполненных на основе исследования проб масла в специализированных лабораториях;

·        непрерывный расчет диагностических параметров электроэнергии, соответствующий реальным установившимся и переходным режимам работы трансформатора на основе данных измерений, запись этой информации в актуальную базу данных;

·        непрерывный расчет диагностических параметров, характеризующих

·        техническое состояние функциональных подсистем трансформатора на основе справочных данных и данных измерений, запись этой информации в актуальную базу данных (при необходимости);

·        непрерывную экспертную оценку текущих значений диагностических параметров электроэнергии и всех функциональных подсистем трансформатора;

·        визуализацию информации для пользователя АРМ о измеренных и рассчитанных значениях диагностических параметров и результатах проведения экспертиз по оценке технического состояния трансформатора.

·        4-й уровень - программное обеспечение WEB сервера или локальной вычислительной сети, обеспечивающие одновременную визуализацию информации для нескольких пользователей АСУ ТП об измеренных и рассчитанных значениях диагностических параметров и результатах проведения экспертиз по оценке технического состояния трансформатора.

Датчики и их описание

Датчик температуры с интерфейсом RS-485, датчик влаги растворенной в масле Vaisala, первичные датчики индикаторов температуры обмоток и масла Mesko, датчик тока проводимости ввода и частичных разрядов ДВ2, оптоволоконные датчики и приборы измерения температур.

RS-485 Датчик температуры с интерфейсом TS-RS485 Цифровой датчик температуры с интерфейсом RS-485

Техническая спецификация датчика TS-RS485

Параметры электропитания:

Потребляемая мощность - не более 0,3 Вт

Рабочий диапазон напряжения питания: от 8 до 30 В

Защита от перегрузок по току и коротких замыканий

Защита от смены полярности

Защита входов питания от импульсных перенапряжений

Сетевые интерфейсы:: RS-485

Поддерживаемы протоколы: IM, ModBus RTU

Максимальное число датчиков на шине при работе по протоколу IM: 8 (задается джамперами)

Максимальное число датчиков на шине при работе по протоколу ModBus RTU: 254 (задается программно)

Параметры измерения и контроля:

Диапазон измеряемых значений температуры: от -40°С до +80°С

Погрешность измерения температуры, не более: ±1°С (по согласованию с заказчиком - ±0,5 °С)

Условия работы:

Рабочая температура окружающего воздухаот -40 до +80°С

Степень защиты по ГОСТ 14254 - IP 20

Размеры и масса:

Габаритные размеры ШxДxВ - не более 46х70х31мм

Датчик влаги растворенной в масле Vaisala  Измерение активности воды

Диапазон измерений активности _воды 0 ... 1 ±0,02 Точность ±0,030 ... 0,9 Vaisala HUMICAP^®0,9 ... 1,0Датчик

Входы и выходы

Рабочее напряжение

... 35 В постоянного тока, 24 В переменного тока с дополнительным источником питания

... 240 В переменного тока 50/60 Гц

Модуль питания

Потребляемая мощность при 20 °C(U_вход 24 В постоянного тока)макс. 25 мA_выход 2 x 0 ... 1 В / 0 ... 5 В /0 ... 10 В (макс. 25 мA)_out 2 x 0 ... 20 мA (макс. 60 мА)

Шкаф соединений системы мониторинга

Первая стойка (согласующие трансформаторы тока, индикаторы температуры обмоток и масла фирмы Mesko; клеммы для подключения входных сигналов). Вторая стойка (преобразователи датчиков температуры масла и обмотки; преобразователи аналоговых входных и релейных входных/выходных сигналов с интерфейсом RS-485, блок питания; контроллер и индикаторы предварительного сбора информации и управления системой охлаждения; клеммы для подключения входных сигналов).

Третья стойка (быстродействующие реле, автоматические выключатели; прибор измерения влаги, растворенной в масле Vaisala; клеммы для подключения входных сигналов).

Шкаф диагностики

Шкаф диагностики обеспечивает:

прием сигналов от датчиков и приборов,

математическую и алгоритмическую обработку сигналов, вычисление ряда параметров, запись и хранение информации,

передачу данных в АРМ системы по оптоволоконным линиям связи. Все элементы промышленного исполнения с диапазоном рабочих температур от минус 40 до +70С;

Шкаф диагностики содержит:

·        Электротехнический шкаф из нержавеющей стали наружной установки;

·        Систему обеспечения микроклимата;

·        Промышленные разъемные соединители для ввода входных сигналов;

·        Автоматические выключатели для включения первичного питания аппаратуры;

·        Блоки вторичного электропитания c обеспечением гальванической развязки;

·        Нормирующие преобразователи входных аналоговых сигналов с гальванической развязкой и частотой преобразования 100кГц;

·        Преобразователи входных/выходных релейных сигналов 220 В с выходом RS-485, и Modbus;

·        Промышленный контроллер Compakt RIO

·        производства National Instruments, США;

·        Управляемый Ethernet коммуникатор.

Организация АРМ Оператора

трансформатор аппаратный автоматизация эксплуатация

Стойка автоматизированного рабочего места (АРМ) обеспечивает: