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;

·формирование заключения о степени риска продолжения нормальной работы отдельных подсистем и трансформатора в целом;

·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.




Наименование датчика ХарактеристикиRS-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

Масса - не более 0,1 кгДатчик 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(Uвход 24 В постоянного тока)макс. 25 мAвыход 2 x 0 ... 1 В / 0 ... 5 В /0 ... 10 В (макс. 25 мA)out 2 x 0 ... 20 мA (макс. 60 мА)

дисплей и подсветка+20 мАОптоволоконные датчики и приборы измерения температур и оптоволоконного датчика температуры ДТП-1 Диапазон измеряемых температур 60…+200 оС Погрешность измерения температур 0,1% (от полной шкалы) Длина линии связи датчик-спектрометр, м до 500 Тип выходного сигнала от датчика Оптический Степень защиты по ГОСТ 14254-96 IP55 Диапазон рабочих температур -60…+200 оС


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:

Прием информации от устройств шкафа диагностики, выполнение ряда математических расчетов и экспертных диагностических алгоритмов, ведение архивов и баз данных, отображение информации о техническом состоянии объекта в реальном масштабе времени, передачу текущих и архивных данных в системы более высокого уровня.

Содержит:

·Электротехнический шкаф в комплекте с системой вентиляции и кондиционирования;

·Автоматические выключатели для включения первичного питания аппаратуры АРМ;

·Блок вторичного электропитания, обеспечивающий гальваническую развязку;

·Управляемый Ethernet коммуникатор;

·Жидкокристаллический монитор;

·Промышленный компьютер с дублированным жестким диском;

·Источник бесперебойного питания.











Главная панель АРМ


Главная панель системы (экранная форма), которая отображается на экране промышленного компьютера АРМ (третий уровень системы), установленного в помещении подстанции и соединенного с контроллерами второго уровня с помощью оптоволоконного кабеля. На главной панели обслуживающий персонал наблюдает текущее состояние всех 9 функциональных подсистем для каждого подключенного к системе объекта трансформаторного оборудования.


Функциональная подсистема «Параметры электроэнергии сети

Эта функциональная подсистема характеризует параметры электроэнергии сети. При этом анализируются параметры измеренных мгновенных значений токов и напряжений всех фаз (А,В,С) и сторон (НН, СН, ВН). Дискретность измерений сигналов менее 0.2мсек. По этим измеренным значениям рассчитываются: мгновенные значения фазных токов и напряжений, мгновенные значения линейных и фазных полных мощностей, действующие, максимальные и минимальные значения всех сигналов, гармонический состав установившихся сигналов, в том числе: расчет амплитуд, фаз, активных и реактивных составляющих, гармоник токов, напряжений и мощностей фаз сторон.


Функциональная подсистема «Приборы сигнализации и защиты»


Функциональная подсистема «Приборы сигнализации и защиты» определяет даты и время срабатывания релейных сигналов устройств защиты и сигнализации, установленных на трансформаторном оборудовании. В том числе: сигналы срабатывания газового реле, клапанов сброса давления, реле быстрого роста давления, указателей уровня и потока масла в баке и другие.


Функциональная подсистема «Магнитная система»


Функциональная подсистема определяет следующие диагностические параметры магнитопровода: температуру в местах наиболее нагретых точек магнитопровода, измеренную оптоволоконными датчиками; текущие диагностические и базовые значения намагничивающего тока; текущие диагностические и базовые значения потерь в магнитопроводе.


Заключение


В результате реализации поставленных задач была достигнута главная цель автоматизации объекта, а именно:

.Выполнена автоматизация контроля состояния трехфазного трансформатора для повышения эффективности его эксплуатации и выявления проблем в работе трехфазного трансформатора, а также выявления и своевременного устранения дефектов, снижения трудоёмкости обследования его состояния;

.Сократилось время на диагностику состояния оборудования, и реагирования на появление неисправностей в трехфазном трансформаторе;

.Был обеспечен контроль над состоянием автотрансформатора с участием минимума персонала, а именно одним оператором, производящим мониторинг состояния трехфазного трансформатора исходя из показаний установленных датчиков.


Список использованной литературы


1.Китаев Е.В Электротехника с основами промышленной электроники М.: Высшая школа, 2002

.Дьяков В.И. Типовые расчёты по электрооборудованию 2004.

.Гроднев И.И, верник С.М. Линии связи_ М радио связь 2004

.Токарёв Б.Ф Электрические машины-М:Энергоатаниздат,2003

.Алексеев, Б. А. Контроль состояния (диагностика)' крупных силовых трансформаторов. М:: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 216 с.

.О проблеме координации уровней токов короткого замыкания в энергосистемах/ К. М. Антипов, А. А. Востросаблин, В. В. Жуков и, др.// Электрические станции. - 2005. - №4. С. 19-32.

.РД 34.45-51.300-97. Объем и, нормы. испытаний электрооборудования.6-е изд. - М.: ЭНАС, 1998. - 256 с.

.Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования.. М.: ОРГРЭС, 1997. 67 с.

.Чернев, К. К. Мощные трансформаторы// Библиотека электромонтера: -М.: «Энергия». 1972. - вып. 360: - 120 с.

.Петров, Г. Н., Окунь, С. С. Об отрицательном сопротивлении вторичной-обмотки трансформатора// Электричество. 1950. -№5. - С. 3-5.

.Хоанг Ван Нью, Малиновский, В. Н. Методы и средства. Контроля и диагностики состояния обмоток мощных силовых трансформаторов// Электротехника. 2009. - №10. - С. 36-41.

.ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 1985.-39 с.

.ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Изд-во стандартов 1997. - 33 с.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ