Информационный обзор устройств автоматизации системы электроснабжения электрического транспорта

1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

Аппаратура автоматики обеспечивает непрерывный контроль и поддержание заданного режима работы основного оборудования системы электроснабжения и, тем самым, позволяет повысить его надежность. Устройства телемеханики ускоряют обеспечение текущих профилактических и восстановительных работ. При этом повышается реальная пропускная способность электрифицированных линий. За счет средств автоматики и телемеханики увеличивается производительность труда дистанций электроснабжения. Они позволяют высвободить большой контингент эксплуатационного персонала на тяговых подстанциях и в бригадах контактной сети.

Разработка аппаратуры автоматики и телемеханики была начата в 30-е годы, она была выполнена на устройствах контроллерного типа, громоздких и сравнительно дорогих. После войны начались разработки новой аппаратуры, особенно интенсивный размах они получили после принятия Генерального плана электрификации железных дорог в 1956 г. За период с 1946 г. по настоящее время было создано несколько поколений аппаратуры автоматики и телемеханики, первое из них (1946—1960 гг.) было на стандартных телефонных реле и шаговых искателях. Во втором поколении (1961—1975 гг.) основой элементной базы стали германиевые транзисторы и диоды. В этот период на дорогах внедряли электронные системы телеуправления сначала типов БСТ-59, БТР-60, затем - типа ЭСТ-62. Большим шагом в создании новых устройств явилось использование в них типовых логических и функциональных модулей, выполненных методами печатного монтажа. Это ускорило разработку и внедрение электронных устройств автоматики.
Базой следующего поколения устройств автоматики и телемеханики (1976—1983 гг.) явились помехоустойчивые типовые логические и функциональные модули на кремниевых транзисторах. На их основе были разработаны система телеуправления «Лисна» [1], электронная защита фидеров контактной сети переменного тока от токов короткого замыкания, а также другие устройства автоматики.
В настоящее время телемеханизация электрифицированных железных дорог России на базе системы «Лисна» составляет около 60% от всей протяженности телемеханизированных линий.
Система телемеханики «Лисна» состоит из подсистем с частотным («Лисна-Ч») и временным («Лисна-В») разделением каналов связи. Аппаратура частотных каналов рассчитана на образование 16 каналов в тональном диапазоне частот. Аппаратура телемеханики размешается в стойках и шкафах. На диспетчерском пункте устанавливается диспетчерский щит (рисунок 1). На лицевой стороне щита размешена мозаичная мнемоническая схема устройств электроснабжения диспетчерского круга.



Рисунок 1 – Диспетчерский щит системы «Лисна»

На контролируемых пунктах подсистемы «Лисна-Ч» устанавливаются стойки КП, а на контролируемых пунктах подсистемы «Лисна-В» — навесные шкафы (рисунок 2), внутри которых установлены сборные блоки 4 с логическими и функциональными модулями 2, аппаратура каналов связи /, блок питания 3, выходные панели зажимов (клеммники) 5 для подключения внешних цепей.

Рисунок 2 – Шкаф контролируемого пункта подсистемы «Лисна – В»

Подсистема «Лисна-Ч» предназначена для контролируемых пунктов с большим объемом информации (тяговые подстанции, посты секционирования). Устройство телеуправления имеет общий передающий полукомплект ТУ ДП и индивидуальные приемные ТУ КП1-ТУ КП15 (рисунок 3). Устройство телесигнализации имеет индивидуальные передающие ТС KП1-ТС КП15 и приемные ТС ДП-1-ТСДП15 полукомплекты.

Рисунок 3 – Структурная схема подсистемы «Лисна-Ч»

Передача сигналов ТУ осуществляется по одному общему частотному каналу, а передача сигналов ТС — по индивидуальным частотным каналам. Скорость передачи в тракте телеуправления 20—25 импульсов в секунду, в тракте телесигнализации 28—30 импульсов в секунду.

Подсистема «Лисна-В» предназначена для контролируемых пунктов с малым объемом информации (группы разъединителей КС, линий продольного электроснабжения и ВЛ СЦБ). Она может быть использована для управления постами секционирования. Один комплект подсистемы рассчитан на 10 контролируемых пунктов с максимальным числом объектов ТУ равным 16. Если суммарное число объектов на двух КП не превышает 16, то их можно рассматривать как один КП и устанавливать на них отдельные полукомплекты.
Все объекты ТС разбиты на две группы, для каждой из которых используется отдельный частотный передатчик. Для ТУ и ТС выделены два раздельных частотных канала с несущими частотами f1 и f2 (рисунок 4). При наличии сдвоенных КП для ТС используется два самостоятельных частотных канала с частотами f2 и f3. Устройство имеет общий для всех пунктов полукомплект ТУ ДП(Р) (для управления разъединителями), общий приемный полукомплект ТС ДП(Р) и индивидуальные полукомплекты ТУ-ТС на контролируемых пунктах КП1—КПN.

Рисунок 4 – Структурная схема подсистемы «Лисна-В»

В таблице 1 приведены технические данные системы «Лисна» для базового варианта при полном объеме использования информационных возможностей.

Таблица 1

Краткие технические данные системы

Подсистема	Число КП на один ДП	Число объектов на один КП		Число датчиков ТИ на один КП	Продолжительность передачи, с		Число частотных каналов
		ТУ	ТС		КомандыТУ	серии ТС	ТС	ТУ
Лисна-Ч	15	80	122	4	4 – 5	до 5	15	1
Лисна-В	10	16	22	2		Цикл – до 30; По вызову – 2-3	2	1
	20	8	11	1	До 5	То же	2	1

Структура кодовых комбинаций, принятая в системе «Лисна», обеспечивает высокую помехозащищенность и практически полностью исключает возможность передачи ложных команд.

При внедрении подобных комплексов существенно сокращаются сроки монтажа и наладки цепей вторичной коммутации, так как основная часть работ переносится в заводские цеха. Кроме того, возможно уменьшение строительных затрат на тяговые подстанции. Изменение элементной базы временно приостановило дальнейшее внедрение комплексов.
Очередное поколение средств автоматики, телемеханики и защиты основано на микроэлектронике. Разработана система телеуправления МРК, первый комплект которой введен в эксплуатацию на Московской дороге в 1989 г. Внедряется аппаратура защиты на интегральных схемах. Возобновлены работы по созданию электронных комплексов. Каждое новое поколение отличается более высокой надежностью, улучшенными техническими характеристиками и расширенными функциональными возможностями. Так, например, наработка на отказ у системы телеуправления БСТ-59 по сравнению с релейно-контактной возросла в 2—3 раза, у ЭСТ-62 - в 4—5 раз, у системы «Лисна» — в 6—7 фаз. Если до внедрения телемеханики для обеспечения работ на контактной сети при часовом технологическом «окне» требовалось в среднем около 30 мин, то при релейно-контактной системе оно было сокращено вдвое, а при электронных системах - в 3-4 раза.
Переход к микроэлектронной аппаратуре позволил на 15—20 % уменьшить материалоемкость конструкций при почти двойном увеличении информационной емкости по сравнению с предыдущими поколениями электронных систем. Дальнейшее развитие системы управления хозяйством электрификации и энергетики идет по пути разработки автоматизированной системы управления.
Ниже приведен пример существующей в настоящее время автоматизированной системы управления электроснабжением (АСУ Э) [2].
АСУ Э предназначена для контроля и управления электроснабжением объекта. Основные возможности системы:
- обеспечение оперативного управления распределительными устройствами;
- контроль состояния оборудования в реальном масштабе времени;
- сигнализация и оперативное отображение информации о режимах работы оборудования;
- ведение архива информации о работе оборудования;
- передача необходимой информации в АСУ предприятия;
- возможность мониторинга состояния оборудования через сеть Internet.
АСУ Э построена на базе SCADA PcVue. Это единственная на сегодняшний день SCADA, которая позволяет разрабатывать и использовать полнофункциональные интерактивные 3D-мнемосхемы. Т.е. можно видеть объект со всех сторон и располагать на нем интерактивные элементы управления и контроля. Основное преимущество данного подхода - возможность максимально реалистично изобразить объект автоматизации и дать возможность оператору локализовать положение объекта на территории или помещении. Помимо этого, данная возможность позволит локализовать неисправный узел в сложном составном оборудовании.
Структура системы показана на рисунке 5, ниже приведено её описание.
Устройства верхнего уровня предназначены для хранения, обработки и отображения информации, и представлены следующими элементами:
- сервер сбора данных (может быть установлено два, при необходимости резервирования информации);
- сервер БД для ведения архивов ретроспективной информации;
- АРМ(ы) оператора электрической части (количество определяется нуждами заказчика).
Устройства связи и передачи информации:
- мосты-мультиплексоры;
- преобразователи оптика - витая пара и обратно;
- межсетевые мосты.
Устройства нижнего уровня (микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики, ПЛК и др.).
- оборудование локальной вычислительной сети на базе Ethernet для организации информационного взаимодействия сервера сбора данных и клиентских терминалов;
- оборудование полевой (промышленной) сети для коммуникации с устройствами нижнего уровня;
- оборудование для синхронизации (сервер точного времени, GPS-антенна);
- средства обеспечения бесперебойной работы системы в условиях отключения электропитания (источники бесперебойного питания, Ethernet-адаптеры и др.).