📄Работа №216654
Тема: Повышение надёжности электроснабжения подстанции путём внедрения средств автоматики
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Энергосбережение
Объем:
81 листов
Год:
2025
Просмотров:
3
4800
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 4
1 Описание АСУ ТП подстанции и методов её проектирования 7
1.1 Основные объекты автоматизации и функциональные подсистемы 9
1.2 Структурная схема АСУ ТП 11
1.3 Используемые программно-технические средства 15
2 Анализ объекта с внедрением технологии АСУ ТП и её последующая
реализация 20
2.1 Используемые программно-технические средства нижнего уровня 25
2.2 Используемые программно-технические средства среднего уровня .... 29
2.3 Используемые программно-технические средства верхнего уровня .... 33
2.4 Используемый при проектировании АСУ ТП подстанции контроллер
серии SPRECON-E-C 35
2.5 Анализатор качества электрической энергии Satec PM175 36
2.6 Аппаратное обеспечение серверного уровня АСУ ТП подстанции с
помощью SCADA 39
2.7 Виды автоматизированных рабочих мест (АРМ) персонала 41
2.8 Автоматизированное рабочее место оперативного персонала 43
2.9 Автоматизированное рабочее место оперативного персонала инженера
службы релейной защиты и автоматики 47
2.10 Требования, предъявляемые к автоматизированному рабочему месту
оперативного персонала 52
2.11 Микропроцессорные шкафы релейной защиты и автоматики 52
2.12 Выбор устройств, входящих в состав верхнего уровня АСУ ТП 54
2.13 Обеспечение бесперебойного питания верхнего уровня АСУ ТП 59
2.14 Требования, предъявляемые к программному обеспечению 60
2.15 Конфигурация локальной сети подстанции 62
2.16 Места расположения устройств АСУ ТП 63
2.17 Требования к устройствам верхнего уровня АСУ ТП 65
2.18 Счётчики электрической энергии ZMD402CT 67
3 Расчёт технико-экономических показателей выбранной конфигурации АСУ
ТП при её интеграции на ПС 70
3.1 Расчёт показателей капиталовложений в АСУ ТП 70
3.2 Расчёт показателей эксплуатационных затрат 71
Заключение 75
Список используемой литературы 78
1 Описание АСУ ТП подстанции и методов её проектирования 7
1.1 Основные объекты автоматизации и функциональные подсистемы 9
1.2 Структурная схема АСУ ТП 11
1.3 Используемые программно-технические средства 15
2 Анализ объекта с внедрением технологии АСУ ТП и её последующая
реализация 20
2.1 Используемые программно-технические средства нижнего уровня 25
2.2 Используемые программно-технические средства среднего уровня .... 29
2.3 Используемые программно-технические средства верхнего уровня .... 33
2.4 Используемый при проектировании АСУ ТП подстанции контроллер
серии SPRECON-E-C 35
2.5 Анализатор качества электрической энергии Satec PM175 36
2.6 Аппаратное обеспечение серверного уровня АСУ ТП подстанции с
помощью SCADA 39
2.7 Виды автоматизированных рабочих мест (АРМ) персонала 41
2.8 Автоматизированное рабочее место оперативного персонала 43
2.9 Автоматизированное рабочее место оперативного персонала инженера
службы релейной защиты и автоматики 47
2.10 Требования, предъявляемые к автоматизированному рабочему месту
оперативного персонала 52
2.11 Микропроцессорные шкафы релейной защиты и автоматики 52
2.12 Выбор устройств, входящих в состав верхнего уровня АСУ ТП 54
2.13 Обеспечение бесперебойного питания верхнего уровня АСУ ТП 59
2.14 Требования, предъявляемые к программному обеспечению 60
2.15 Конфигурация локальной сети подстанции 62
2.16 Места расположения устройств АСУ ТП 63
2.17 Требования к устройствам верхнего уровня АСУ ТП 65
2.18 Счётчики электрической энергии ZMD402CT 67
3 Расчёт технико-экономических показателей выбранной конфигурации АСУ
ТП при её интеграции на ПС 70
3.1 Расчёт показателей капиталовложений в АСУ ТП 70
3.2 Расчёт показателей эксплуатационных затрат 71
Заключение 75
Список используемой литературы 78
📖 Введение
Использование электроэнергии становится неотъемлемой частью нашей жизни. Поскольку электроэнергия играет важнейшую роль в экономическом и социальном развитии любой страны, стабильная и надежная система электроснабжения является необходимым условием технологического и экономического роста любого общества. Предприятия электроэнергетики должны обеспечивать бесперебойное электроснабжение своих потребителей.
Основной проблемой, с которой сталкиваются предприятия электроэнергетики, являются перебои в подаче электроэнергии. В связи с этим надежность является общей проблемой для энергосистемы.
На территории Российской Федерации расположено огромное количество подстанций, относящихся к подстанциям старого поколения, разработанных и построенных ещё в советские времена. Оборудование на этих подстанциях морально устарело, а для повышения надёжности и качественности электроснабжения необходимо постоянно модернизировать оборудование подстанции.
Для того, чтобы обеспечить надёжность и качество электроснабжения потребителей электроэнергии, а также обеспечить ускорение действий оперативного персонала, их упрощение и правильность необходимо использовать передовые технологии автоматизации на подстанции и создать автоматизированную подстанцию.
Целью данной магистерской диссертации является обеспечение надёжности электроснабжения подстанции путём внедрения
автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП).
Решение проблемы обеспечения надёжности электроснабжения достигается за счёт следующих функций АСУ ТП:
- возможность удалённого снятия графика осциллограмм при возникновении аварийных ситуаций;
- мониторинг возникновения и возможного последующего развития аварийной ситуации, и их профилактика;
- удалённое диспетчерское и/или операторское управление технологическим процессом и контроль состояния оборудования;
- срабатывание светозвуковой сигнализации, свидетельствующей об отклонении нормального режима работы технологического процесса, неисправности оборудования, уведомлении об аварии и т.п.;
- ведение технического учёта за уровнем электротехнологических показателей;
- сбор данных, содержащих в себе информацию о протекании технологического процесса и их последующее архивирование;
- унификация устройств по времени и задание определённых временных отметок, привязанных к технологическим параметрам;
- «регистрация данных и запись на носители данных с возможностью последующей распечатки;
- разграничение доступа к данным посредством системы паролей и блокировка несанкционированного доступа» [28];
- производство обмена данными, происходящим между подсистемами управления и контроля;
- возможность удобного взаимодействия с человеко-машинным
интерфейсом, который обладает широким спектром возможностей и функций, из которых можно выделить процесс управления, происходящий путём выдачи операторских или диспетчерских команд , наглядная демонстрация структуры технологического процесса и автоматизируемого объекта, выдача ответов на запросы, необходимые для получения информации по различным показателям
технологического процесса, ввод в действие аварийной и предупредительной сигнализации;
- выполнение автосохранения данных, происходящее в результате нарушения нормального режима технологического процесса или в случае возникновения аварийной ситуации, связанной с отсутствием питания электроэнергией;
- гарантия мер безопасности, необходимых для эффективного ведения технологического процесса в ходе выработки электро- и теплоэнергии;
- автоматическая функциональная диагностика технологического оборудования, а также элементов технического и программного обеспечения АСУ ТП.
Для реализации цели магистерской диссертации необходимо выполнить следующие задачи:
- изучить теоретические подходы в области проектирования АСУ ТП подстанции, накопленные в отечественной и зарубежной науке знания и проанализировать их (работа с источниками);
- проанализировать состояние оборудования подстанции, методов модернизации оборудования и методов проектирования АСУ ТП подстанции;
- разработать метод модернизации оборудования и проектирования АСУ ТП подстанции;
- рассчитать технико-экономические показатели в ходе интеграции АСУ ТП на подстанции.
Ключевым моментом внедрения АСУ ТП на подстанции является экономический эффект. Он заключается в значительном понижении необходимого для контроля человеческого ресурса в процессе эксплуатации АСУ ТП, вызванных автоматическим обнаружением дефектов, возникающих в электрооборудовании и в управляющих органах; обеспечение более стабильной и устойчивой работы межсистемных и магистральных связей; повышении уровня надежности в снабжении потребителей электроэнергией, минимизация влияния человеческого фактора в плане допущения ошибок; меньший уровень финансовых трат, идущих монтажные и наладочные работы, автоматическое восстановление исходной схемы энергоснабжения после аварийных нарушений.
Основной проблемой, с которой сталкиваются предприятия электроэнергетики, являются перебои в подаче электроэнергии. В связи с этим надежность является общей проблемой для энергосистемы.
На территории Российской Федерации расположено огромное количество подстанций, относящихся к подстанциям старого поколения, разработанных и построенных ещё в советские времена. Оборудование на этих подстанциях морально устарело, а для повышения надёжности и качественности электроснабжения необходимо постоянно модернизировать оборудование подстанции.
Для того, чтобы обеспечить надёжность и качество электроснабжения потребителей электроэнергии, а также обеспечить ускорение действий оперативного персонала, их упрощение и правильность необходимо использовать передовые технологии автоматизации на подстанции и создать автоматизированную подстанцию.
Целью данной магистерской диссертации является обеспечение надёжности электроснабжения подстанции путём внедрения
автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП).
Решение проблемы обеспечения надёжности электроснабжения достигается за счёт следующих функций АСУ ТП:
- возможность удалённого снятия графика осциллограмм при возникновении аварийных ситуаций;
- мониторинг возникновения и возможного последующего развития аварийной ситуации, и их профилактика;
- удалённое диспетчерское и/или операторское управление технологическим процессом и контроль состояния оборудования;
- срабатывание светозвуковой сигнализации, свидетельствующей об отклонении нормального режима работы технологического процесса, неисправности оборудования, уведомлении об аварии и т.п.;
- ведение технического учёта за уровнем электротехнологических показателей;
- сбор данных, содержащих в себе информацию о протекании технологического процесса и их последующее архивирование;
- унификация устройств по времени и задание определённых временных отметок, привязанных к технологическим параметрам;
- «регистрация данных и запись на носители данных с возможностью последующей распечатки;
- разграничение доступа к данным посредством системы паролей и блокировка несанкционированного доступа» [28];
- производство обмена данными, происходящим между подсистемами управления и контроля;
- возможность удобного взаимодействия с человеко-машинным
интерфейсом, который обладает широким спектром возможностей и функций, из которых можно выделить процесс управления, происходящий путём выдачи операторских или диспетчерских команд , наглядная демонстрация структуры технологического процесса и автоматизируемого объекта, выдача ответов на запросы, необходимые для получения информации по различным показателям
технологического процесса, ввод в действие аварийной и предупредительной сигнализации;
- выполнение автосохранения данных, происходящее в результате нарушения нормального режима технологического процесса или в случае возникновения аварийной ситуации, связанной с отсутствием питания электроэнергией;
- гарантия мер безопасности, необходимых для эффективного ведения технологического процесса в ходе выработки электро- и теплоэнергии;
- автоматическая функциональная диагностика технологического оборудования, а также элементов технического и программного обеспечения АСУ ТП.
Для реализации цели магистерской диссертации необходимо выполнить следующие задачи:
- изучить теоретические подходы в области проектирования АСУ ТП подстанции, накопленные в отечественной и зарубежной науке знания и проанализировать их (работа с источниками);
- проанализировать состояние оборудования подстанции, методов модернизации оборудования и методов проектирования АСУ ТП подстанции;
- разработать метод модернизации оборудования и проектирования АСУ ТП подстанции;
- рассчитать технико-экономические показатели в ходе интеграции АСУ ТП на подстанции.
Ключевым моментом внедрения АСУ ТП на подстанции является экономический эффект. Он заключается в значительном понижении необходимого для контроля человеческого ресурса в процессе эксплуатации АСУ ТП, вызванных автоматическим обнаружением дефектов, возникающих в электрооборудовании и в управляющих органах; обеспечение более стабильной и устойчивой работы межсистемных и магистральных связей; повышении уровня надежности в снабжении потребителей электроэнергией, минимизация влияния человеческого фактора в плане допущения ошибок; меньший уровень финансовых трат, идущих монтажные и наладочные работы, автоматическое восстановление исходной схемы энергоснабжения после аварийных нарушений.
✅ Заключение
В первой главе изучены методы и теоретические подходы в сфере проектирования и технической реализации АСУ ТП подстанции, проведена работа с источниками, содержащих в себе накопленную за всё время существования данной области знаний, взятых из отечественной и зарубежной литературы, произведён анализ данных подходов.
В начале рассмотрен один из вариантов исполнения АСУ ТП подстанции и метод его технической реализации. В качестве примера взята «АСУ ТП энергетического комплекса, состоящего из электрической подстанции ПС110/10/6кВ и газотурбинной теплоэлектроцентрали серии ГТ ТЭЦ009 «Энергомаш» электрической мощностью 18 МВт и тепловой мощностью 40 Гкал/ч (г. Крымск)» [1]. В ходе данного раздела дана краткая историческая справка о «группе предприятий энергетического машиностроения «Энергомаш» и реализации их проекта, смысл которого состоит в проектировании и конструировании серии газотурбинных станций в различных регионах России» [1].
Далее в работе произведён анализ структуры основных объектов автоматизации и функциональных подсистем рассматриваемого варианта исполнения АСУ ТП подстанции, разобран перечень оборудования энергетического комплекса, который обладает средствами и системами автоматизации, разобраны функциональные автоматизированные и автоматические подсистемы, которые выделяют на основе принятой технологии управления энергетическими объектами.
На следующем этапе работы рассмотрена структурная схема анализируемой АСУ ТП подстанции, приведены изображения структурных схем АСУ ТП газотурбинной ТЭЦ и АСУ ТП подстанции, подробно изложена многоуровневая архитектура АСУ ТП энергетического комплекса, детально рассмотрена структура внутренних уровней АСУ ТП, управляющих и информационных сетей, а также продемонстрирована система унификации «времени газотурбинной ТЭЦ и подстанции, исполненной в виде двух системы единого времени: часов точного времени LEDI (Gorgy Timing) газотурбинной ТЭЦ, другая - в виде СЕВ на подстанции (сервер времени MTS) (MobaTime))» [1]. Также показано наличие в системе резервированного оптического кольца, «обеспечивающего повышения уровня надёжности в управлении состоянием электрооборудования» [1].
На финальном этапе раздела «дан состав используемых программнотехнических средств АСУ ТП; дан перечень устройств, входящих в технологическую часть АСУ ТП» [1]; приведены примеры исполнительных механизмов; представлен список контроллерных устройств, относящихся к нижнему уровню АСУ ТП газотурбинной ТЭЦ, к которым относятся «контроллеры типа Modicon TSX Quantum (ПЛК1... ПЛК3), мост- концентратор данных (мультиплексор) ВМ-85 и контроллер ввода/вывода типа Momentum; наглядно показана реализация системы управления возбуждением синхронного турбогенератора, представляющая собой цифровую систему автоматического управления возбуждением «Энергомаш» типа ЦСУВ» [1].
Во втором разделе произведён анализ объекта электроэнергетики с целью последующего внедрения АСУ ТП, разобраны используемые программно-технические средства нижнего, среднего и верхнего уровней и проведен подробный разбор устройств, входящих в их состав.
Далее приведён детальный разбор используемых в структуре АСУ ТП подстанции контроллера серии SPRECON-E-C, анализатора качества электрической энергии Satec PM175 и программного комплекса SCADA. В ходе анализа данных элементов системы подробно рассмотрены их функции, назначение и условия их применения.
На следующем этапе разобраны разновидности АРМ в зависимости от выполняемых ими задач и изложен комплекс оборудования, который обеспечивает их безотказную работу.
На последнем этапе совершён выбор устройств верхнего уровня АСУ ТП на основе их назначения и условий применения. В числе таких устройств рассмотрены мониторы, системные блоки, кабели, счётчики и средства программно-технического комплекса. Также приведён список требований к устройствам верхнего уровня АСУ ТП на основе нормативных документов и показано место расположение данных устройств.
В третьем разделе определены технико-экономические показатели в ходе вычислений.
Рассчитан суммарный объём капитальных вложений с учётом производства монтажных и строительных работ
Вычислен объём годовых эксплуатационных затрат. Для расчёта их «показателей использованы следующие компоненты:
- годовые амортизационные отчисления;
- затраты на ремонт, обслуживание и содержание оборудования;
- затраты на оплату труда;
- затраты на социальные нужды;
- прочие расходы.
Исходя из проделанных расчётов, можно сделать вывод, что внедрение АСУ ТП на подстанции является экономически эффективным проектом, поскольку годовые эксплуатационные затраты при интеграции АСУ ТП на подстанции сильно отличаются в меньшую сторону от годовых эксплуатационных затрат при конструировании подстанции без АСУ ТП» [12].
В начале рассмотрен один из вариантов исполнения АСУ ТП подстанции и метод его технической реализации. В качестве примера взята «АСУ ТП энергетического комплекса, состоящего из электрической подстанции ПС110/10/6кВ и газотурбинной теплоэлектроцентрали серии ГТ ТЭЦ009 «Энергомаш» электрической мощностью 18 МВт и тепловой мощностью 40 Гкал/ч (г. Крымск)» [1]. В ходе данного раздела дана краткая историческая справка о «группе предприятий энергетического машиностроения «Энергомаш» и реализации их проекта, смысл которого состоит в проектировании и конструировании серии газотурбинных станций в различных регионах России» [1].
Далее в работе произведён анализ структуры основных объектов автоматизации и функциональных подсистем рассматриваемого варианта исполнения АСУ ТП подстанции, разобран перечень оборудования энергетического комплекса, который обладает средствами и системами автоматизации, разобраны функциональные автоматизированные и автоматические подсистемы, которые выделяют на основе принятой технологии управления энергетическими объектами.
На следующем этапе работы рассмотрена структурная схема анализируемой АСУ ТП подстанции, приведены изображения структурных схем АСУ ТП газотурбинной ТЭЦ и АСУ ТП подстанции, подробно изложена многоуровневая архитектура АСУ ТП энергетического комплекса, детально рассмотрена структура внутренних уровней АСУ ТП, управляющих и информационных сетей, а также продемонстрирована система унификации «времени газотурбинной ТЭЦ и подстанции, исполненной в виде двух системы единого времени: часов точного времени LEDI (Gorgy Timing) газотурбинной ТЭЦ, другая - в виде СЕВ на подстанции (сервер времени MTS) (MobaTime))» [1]. Также показано наличие в системе резервированного оптического кольца, «обеспечивающего повышения уровня надёжности в управлении состоянием электрооборудования» [1].
На финальном этапе раздела «дан состав используемых программнотехнических средств АСУ ТП; дан перечень устройств, входящих в технологическую часть АСУ ТП» [1]; приведены примеры исполнительных механизмов; представлен список контроллерных устройств, относящихся к нижнему уровню АСУ ТП газотурбинной ТЭЦ, к которым относятся «контроллеры типа Modicon TSX Quantum (ПЛК1... ПЛК3), мост- концентратор данных (мультиплексор) ВМ-85 и контроллер ввода/вывода типа Momentum; наглядно показана реализация системы управления возбуждением синхронного турбогенератора, представляющая собой цифровую систему автоматического управления возбуждением «Энергомаш» типа ЦСУВ» [1].
Во втором разделе произведён анализ объекта электроэнергетики с целью последующего внедрения АСУ ТП, разобраны используемые программно-технические средства нижнего, среднего и верхнего уровней и проведен подробный разбор устройств, входящих в их состав.
Далее приведён детальный разбор используемых в структуре АСУ ТП подстанции контроллера серии SPRECON-E-C, анализатора качества электрической энергии Satec PM175 и программного комплекса SCADA. В ходе анализа данных элементов системы подробно рассмотрены их функции, назначение и условия их применения.
На следующем этапе разобраны разновидности АРМ в зависимости от выполняемых ими задач и изложен комплекс оборудования, который обеспечивает их безотказную работу.
На последнем этапе совершён выбор устройств верхнего уровня АСУ ТП на основе их назначения и условий применения. В числе таких устройств рассмотрены мониторы, системные блоки, кабели, счётчики и средства программно-технического комплекса. Также приведён список требований к устройствам верхнего уровня АСУ ТП на основе нормативных документов и показано место расположение данных устройств.
В третьем разделе определены технико-экономические показатели в ходе вычислений.
Рассчитан суммарный объём капитальных вложений с учётом производства монтажных и строительных работ
Вычислен объём годовых эксплуатационных затрат. Для расчёта их «показателей использованы следующие компоненты:
- годовые амортизационные отчисления;
- затраты на ремонт, обслуживание и содержание оборудования;
- затраты на оплату труда;
- затраты на социальные нужды;
- прочие расходы.
Исходя из проделанных расчётов, можно сделать вывод, что внедрение АСУ ТП на подстанции является экономически эффективным проектом, поскольку годовые эксплуатационные затраты при интеграции АСУ ТП на подстанции сильно отличаются в меньшую сторону от годовых эксплуатационных затрат при конструировании подстанции без АСУ ТП» [12].
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.