История электротехники - Коллектив авторов

Работы по созданию автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) электроэнергетических объектов были начаты с появлением первых управляющих вычислительных машин (УВМ). Первая в нашей стране АСУ ТП была создана для Боткинской ГЭС на УВМ типа УМ-ШХ (1973–1975 гг.) по инициативе и проектным разработкам Ленгидропроекта. В дальнейшем в качестве технической базы при создании АСУ ТП ГЭС (Красноярская, Саяно-Шушенская, Чиркейская ГЭС, Загорская ГАЭС) использовались средства управляющей вычислительной техники на базе ЭВМ (М-6000, М-7000, СМ-1, СМ-2, ТВСО и др.). Наибольший вклад в становление и развитие работ по АСУ ТП ГЭС внесли М.Н. Розанов, В.А. Карпов, Н.Б. Гущина (ВЭИ), В.В. Семенов (ВНИИэлектромаш), В.И. Фельдман (Ленгидропроект), Г.Р. Носова (Гидропроект), Л.В. Росман (Энергосетьпроект).

С появлением микропроцессорной вычислительной техники (конец 70-х — начало 80-х годов) в мире и одновременно в СССР начались разработки и внедрение в энергосистемах микропроцессорных систем управления. Отечественными разработчиками (ВЭИ, ВНИИЭ, ВНИИэлектромаш) были начаты исследования по созданию локальных микропроцессорных устройств управления. Впервые в нашей стране в 1979 г. сотрудниками ВЭИ были проведены испытания опытного образца микропроцессорного автоматического регулятора возбуждения на Днепровской ГЭС. В результате исследований и полномасштабных испытаний разработаны следующие микропроцессорные устройства:

автоматические регуляторы возбуждения гидро- и турбоагрегатов (АРВ-СДМ);

системы управления мощностью турбоагрегатов (ЭЧСР-М);

устройства противоаварийного управления (ПАА);

устройства группового регулирования активной и реактивной мощности электростанции;

система сбора и отображения информации на ГЭС, ГАЭС;

системы управления и защиты передач и вставок постоянного тока.

К числу важных устройств относятся автоматические регуляторы возбуждения генераторов сильного действия, без которых невозможно обеспечить устойчивую работу ЕЭС. Первые автоматические регуляторы возбуждения сильного действия на базе магнитных усилителей были созданы для Волжской ГЭС им. В.И. Ленина (И.А. Глебов (ВНИИэлектромаш), И.М. Ботвинник (ВНИИЭ), Г.Р. Герценберг (ВЭИ), В.А. Веников (МЭИ), С.А. Совалов (ЦДУ ЕЭС)).

Существенный вклад в создание микропроцессорных систем автоматического управления внесли В.Д. Ковалев, B.C. Мельников, А.В. Фадеев (ВЭИ), В.М. Долкарт (ВНИИЭМ), В.В. Кичаев (ВНИИэлектромаш), Я.Н. Лугинский (ВНИИЭ), А.Н. Комаров (ЦДУ ЕЭС).

Накопленный опыт разработки и эксплуатации микропроцессорных систем автоматического управления позволил перейти к созданию интегрированных микропроцессорных АСУ ТП. Отечественными институтами (ВЭИ, НИИтеплоприбор, ВНИИЭМ) разработаны микропроцессорные средства для создания интегрированных АСУ ТП, соответствующие мировому уровню.

Системы автоматизации для АСУ ТП зарубежного производства (фирмы «Siemens», ABB, AEG, «Allen-Bradley», «Valmet» и др.) требуют адаптации аппаратных средств к отечественному электротехническому и энергетическому оборудованию. Кроме этого, при применении аппаратуры зарубежных фирм сохраняется зависимость от фирм-поставщиков при дальнейшем расширении или реконструкции объекта, а также при ремонте аппаратуры. Аппаратно-программные системы зарубежных фирм, как правило, в 2–3 раза дороже отечественных.

В последнее время функциональные задачи, возлагаемые на АСУ ТП, значительно расширились. АСУ ТП выполняется в виде двухуровневой распределенной системы. Верхний уровень управления включает в себя:

подсистему представления информации персоналу станции (ППИ);

подсистему группового регулирования частоты и активной мощности (ГРАМ);

подсистему общестанционного регулирования напряжения (ОСРН);

подсистему выбора состава работающих агрегатов (ПУСК);.

подсистему регистрации и анализа аварийных режимов (ПРАР);

устройство противоаварийной автоматики (ПАА);

подсистему коммерческого учета электроэнергии (КУЭ);

подсистему связи с вышестоящим уровнем управления (ПСВУ).

Нижний уровень АСУ ТП содержит:

устройства сбора и первичной обработки информации (УСИ) от агрегатов, блочных трансформаторов, преобразователей, линий и т.д.;

локальные системы регистрации (ЛСР) аварийного режима на агрегатах и подстанциях;

устройства контроля и диагностики агрегата (КДА);

подсистемы комплексного управления агрегатом (КУА);

подсистемы контроля и диагностики подстанционного оборудования (КДПО).

Интегрированные микропроцессорные АСУ ТП проектируются для Волжской, Чебоксарской ГЭС и ряда других объектов.

Подсистема представления информации строится на базе локальной вычислительной сети IBM-совместимых персональных компьютеров промышленного исполнения. В качестве технических средств остальных подсистем используются унифицированные микропроцессорные комплексы разработки ВЭИ, отвечающие требованиям энергетических объектов по электромагнитной совместимости, помехозащищенности и надежности.

Приоритет разработок в области противоаварийного управления принадлежит отечественным специалистам В.А. Веникову, С.А. Совалову, В.А. Семенову, В.Д. Ковалеву, Л.А. Кощееву, Б.И. Иофьеву, PC. Рабиновичу. Используемые в энергосистемах России комплексы противоаварийной автоматики (УПА) включают:

устройства для обеспечения устойчивости электростанций и энергосистем;

автоматику предотвращения асинхронного хода (АПАХ);

автоматическую частотную разгрузку (АЧР);

противоаварийную автоматику от опасного повышения (понижения) напряжения.

Наиболее ответственной является система противоаварийного управления, предотвращающая нарушение устойчивости электростанций и энергосистем. Соответствующие устройства формируют управляющие воздействия на отключение части генераторов, быстродействующую разгрузку паровых турбин, отключение нагрузки, форсировку (расфорсировку) мощности передач и вставок постоянного тока, деление энергосистем и т.п.

Устройства противоаварийной автоматики создавались вначале как релейные комплексы. Обеспечивающие устойчивость ограниченного энергорайона отдельные устройства были слабо координированы между собой и не отличались точностью формирования управляющих воздействий (УВ).

Когда в энергосистемах началось широкое строительство линий электропередачи напряжением 500 кВ и выше, существенно возросли требования к точности реализации УВ и надежности функционирования УПА. К этому времени отечественной промышленностью уже начали выпускаться управляющие вычислительные машины.

Созданные в некоторых энергообъединениях централизованные (в рамках энергорайона) УПА с применением мини-ЭВМ типов М-6000, ТА-100, СМ-1, СМ-2 давали возможность формировать УВ для энергосистем со сложной структурой. Однако ограниченное быстродействие мини-ЭВМ не позволяло осуществлять формирование алгоритмов с достаточной степенью точности. Централизованные системы требовали большого количества дорогостоящих телеканалов связи для передачи контролируемых режимных параметров, УВ, информации о состоянии сети и пусковых органах. Управляющие системы с мини-ЭВМ и большим объемом периферийного оборудования не отличались надежностью, а для их обслуживания были необходимы квалифицированные специалисты по вычислительной технике.

С появлением промышленных микропроцессоров и микроЭВМ появилась реальная возможность создания иерархических систем противоаварийного управления, отличающихся большей надежностью, точностью вычисления УВ и меньшей стоимостью по сравнению с централизованными УПА.

Первый двухуровневый комплекс противоаварийного управления создан для объединенной энергосистемы Поволжья, где для верхнего уровня противоаварийного управления применяется мини-ЭВМ типа СМ-1420, а на нижнем — используются микропроцессорные устройства противоаварийной автоматики, разработанные ВЭИ.

Устройства автоматики для предотвращения асинхронного хода действуют локально. Устройства АПАХ, установленные в энергосистемах страны, подразделяются на два вида: быстродействующие, срабатывающие с небольшой выдержкой времени в течение первого периода асинхронного режима, и замедленные, срабатывающие с заданной выдержкой времени или после определенного числа периодов асинхронного режима.

Автоматическая частотная разгрузка, широко распространенная в энергосистемах нашей страны и находящая в последние года все большее применение за рубежом, сравнительно проста и вместе с тем чрезвычайно эффективна, так как благодаря ей предотвращаются наиболее тяжелые аварии с полным нарушением энергоснабжения из-за так называемой «лавины» частоты. Автоматическая частотная разгрузка выполняется в виде местных устройств с использованием в качестве пусковых органов реле частоты, действующих на отключение потребителей.