development of student laboratory in mpei (tu) based on ac lvds and dc ups systems by gutor...

ОГЛАВЛЕНИЕ

АННОТАЦИЯ ................................................................................................................ 6

ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 7

1. ЩИТ СОБСТВЕННЫХ НУЖД (РУ 0,4 КВ) ........................................................ 8

1.1. Назначение щита собственных нужд ..................................................................... 8

1.2. Способы резервирования питания .......................................................................... 8

1.3. Описание учебного стенда .................................................................................... 10

1.4. Применяемые автоматические выключатели ...................................................... 13

1.5. Порядок работы АВР ............................................................................................. 20

1.6. Связь с внешними системами ............................................................................... 25

2. СИСТЕМА ОПЕРТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА

И ИНВЕРТОРНАЯ УСТАНОВКА С БАЙПАСОМ ............................................. 26

2.1. Назначение системы оперативного постоянного тока и инверторной

установки с байпасом .................................................................................................... 26

2.2. Структура системы оперативного постоянного тока и ее основные элементы26

2.2.1. Шкаф ввода .......................................................................................................... 29

2.2.2. Зарядно-выпрямительное устройство ............................................................... 30

2.2.3. Балластное устройство........................................................................................ 31

2.2.4. Батарея суперконденсаторов .............................................................................. 34

2.2.5. Щиты постоянного тока ..................................................................................... 34

2.2.6. Блок аварийного освещения ............................................................................... 36

2.2.7. Шкаф оперативного тока .................................................................................... 37

2.3. Структура инверторной установки с байпасом и ее основные элементы ........ 38

2.4. Режимы работы системы оперативного постоянного тока и инверторной



3. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ

СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ................................................................................. 49

3.1. Применяемое оборудование .................................................................................. 49

3.2. Разработка проекта лабораторного стенда .......................................................... 51

3.3. Разработка программной части стенда ................................................................ 52

3.3.1. Передача и привязка переменных ..................................................................... 52

3.3.2. Элементы мнемосхемы ....................................................................................... 53

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ НА БАЗЕ ЩСН И СОПТ ................................ 64

4.1. Общие методические указания ............................................................................. 64

4.1.1. Порядок включения и выключения ЩСН ........................................................ 65

ОГЛАВЛЕНИЕ АННОТАЦИЯ ................................................................................................................ 6

ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 7

1. ЩИТ СОБСТВЕННЫХ НУЖД (РУ 0,4 КВ) ........................................................ 8

1.1. Назначение щита собственных нужд ..................................................................... 8

1.2. Способы резервирования питания .......................................................................... 8

1.3. Описание учебного стенда .................................................................................... 10

1.4. Применяемые автоматические выключатели ...................................................... 13

1.5. Порядок работы АВР ............................................................................................. 20


2. СИСТЕМА ОПЕРТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА И ИНВЕРТОРНАЯ УСТАНОВКА С БАЙПАСОМ ............................................. 26



2.2. Структура системы оперативного постоянного тока и ее основные элементы26

2.2.1. Шкаф ввода .......................................................................................................... 29

2.2.2. Зарядно-выпрямительное устройство ............................................................... 30

2.2.3. Балластное устройство........................................................................................ 31

2.2.4. Батарея суперконденсаторов .............................................................................. 34

2.2.5. Щиты постоянного тока ..................................................................................... 34

2.2.6. Блок аварийного освещения ............................................................................... 36

2.2.7. Шкаф оперативного тока .................................................................................... 37

2.3. Структура инверторной установки с байпасом и ее основные элементы ........ 38

2.4. Режимы работы системы оперативного постоянного тока и инверторной



3. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ................................................................................. 49

3.1. Применяемое оборудование .................................................................................. 49

3.2. Разработка проекта лабораторного стенда .......................................................... 51

3.3. Разработка программной части стенда ................................................................ 52

3.3.1. Передача и привязка переменных ..................................................................... 52

3.3.2. Элементы мнемосхемы ....................................................................................... 53

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ НА БАЗЕ ЩСН И СОПТ ................................ 64

4.1. Общие методические указания ............................................................................. 64

4.1.1. Порядок включения и выключения ЩСН ........................................................ 65

4.1.2. Порядок включения и выключения СОПТ ....................................................... 66

4.1.3. Порядок включения и выключения инверторной установки с байпасом ..... 68

4.1.4. Порядок работы с средствами визуализации ................................................... 70

4.2. Лабораторные работы на базе ЩСН .................................................................... 71

4.2.1. Изучение щита собственных нужд (РУ 0,4 кВ) ............................................... 71

4.2.2. Автоматический ввод резерва (АВР) в ЩСН. Принцип работы .................... 71

4.3. Лабораторные работы на базе СОПТ ................................................................... 72

4.3.1. Изучение системы ОПТ и инверторной установки с байпасом ..................... 72

4.3.2. Включение системы ОПТ, нормальный режим ............................................... 73

4.3.3. Распредщиты. Защитные аппараты и контроль изоляции .............................. 75

4.3.4. Автономный режим работы СОПТ от батареи ................................................ 77

4.3.5. Режим заряда батареи повышенным напряжением ......................................... 79

4.3.6. Включение инверторной установки и режимы работы байпаса .................... 80

4.3.7. Мониторинг систем через Network Management Card .................................... 84

5. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИСПЫТАНИЙ НА ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ ............................................ 87

5.1. Степень защиты, обеспечиваемая оболочкой ..................................................... 87

5.2. Предупреждающие знаки, надписи и обозначения ............................................ 90

5.3. Возможные источники опасности и меры предосторожности .......................... 91

5.4. Порядок проведения переключений во время лабораторных работ................. 91

5.5. Требования к техническому обслуживанию ....................................................... 93

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 95

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................... 96

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ........................................................................................................ 97

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ...................................................................................................... 106

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ...................................................................................................... 111

6

АННОТАЦИЯ

Записка 90 стр., 61 рис., 3 табл., 3 приложения.

В рамках дипломной работы была разработана микропроцессорная система

мониторинга для визуализации и протоколирования событий при проведении

разработанных лабораторных работ и прочих манипуляций с системами. В работу

включено описание распределительного устройства 0,4 кВ, системы оперативного

постоянного тока с сетевым байпасом и их основных элементов, методические

указания по манипуляциям с системами, описание используемого оборудования и

программного обеспечения системы мониторинга, описание способов передачи и

обработки данных, а также методические указания к разработанным

лабораторным работам на базе щита постоянного тока и распределительного

устройства 0,4 кВ.

7

ВВЕДЕНИЕ

В рамках программы инновационного обучения на кафедре «Электрические

станции» МЭИ (ТУ) были установлены распределительное устройство 0,4 кВ и

система оперативного постоянного тока с инверторной установкой и сетевым

байпасом.

Одна из целей установки данного оборудования – знакомство студентов,

обучающихся по специальности, с оборудованием, которое им фактически

предстоит проектировать, эксплуатировать или обслуживать в будущем, еще в

процессе обучения. Возможность осуществлять экспериментальные

переключения и следить за поведением системы является неоценимым

подспорьем в процессе обучения и знакомства с оборудованием.

В рамках дипломной работы были поставлены следующие задачи:

1. Адаптация проектно-конструкторской документации и руководств по

эксплуатации систем к учебному процессу;

2. Разработка микропроцессорной системы мониторинга;

3. Разработка лабораторных работ на базе щита постоянного тока и

распределительного устройства 0,4 кВ.

В работу включено описание распределительного устройства 0,4 кВ, системы

оперативного постоянного тока с сетевым байпасом и их основных элементов,

методические указания по манипуляциям с системами, описание используемого

оборудования и программного обеспечения системы мониторинга, описание

способов передачи и обработки данных, а также методические указания к

разработанным лабораторным работам на базе щита постоянного тока и

распределительного устройства 0,4 кВ.

8

1. ЩИТ СОБСТВЕННЫХ НУЖД (РУ 0,4 КВ)

1.1. Назначение щита собственных нужд

Щит собственных нужд (ЩСН) предназначен для приема и распределения

электрической энергии в цепях трехфазного переменного тока напряжением 380 В

и частотой 50 Гц, а также для защиты отходящих линий от перегрузок и от токов

короткого замыкания. Щиты собственных нужд состоят из шкафов ввода и

секционирования со схемой автоматического ввода резерва (АВР) и шкафов

распределения, в которых размещаются автоматические выключатели (АВ)

линий, питающих непосредственных потребителей. Для обеспечения надежного

снабжения потребителей применяются различные схемы резервирования,

управляемые системой АВР.

1.2. Способы резервирования питания

Для повышения надежности электроснабжения потребителей, подключенных

к ЩСН, применяются различные способы резервирования источников

электрической энергии. Существуют схемы резервирования с неявным и явным

резервами.

В случае явного резервирования, в схеме (см. рис. 1.1.) имеется, как

минимум, один источник, находящийся в постоянном резерве. Таким источником

может являться резервный трансформатор собственных нужд (РТСН), дизель-

генератор и др.

В случае же применения схемы с неявным резервом (см. рис. 1.2.), источники

питания каждой секции взаиморезервируют друг друга, находясь в постоянной

работе. В качестве источника выбирается ТСН, специально рассчитанный на

перегрузки.

9

Q1 Q4 Q3 Q5 Q2

Рис. 1.1. Схема явного резервирования.

Q1 Q3 Q2

Рис. 1.2. Схема неявного резервирования.

Однако, какая бы не была принята схема резервирования, она будет

бессмысленна, с точки зрения бесперебойности электроснабжения потребителей,

без наличия в ЩСН системы автоматического ввода резерва. Для разных схем

резервирования применяются системы АВР с различной логикой переключений.

Основной функцией АВР служит включение резервного источника питания на

обесточенную секцию. Тем самым обеспечивается бесперебойность снабжения

приемников электрическим током.

На сегодняшний день, АВР в щитах распределения 0,4 кВ реализуется либо

на микропроцессорной технике, либо на релейных схемах, либо на их сочетании.

Для обеспечения верности переключений системы АВР, в ее логику

закладываются определенные условия включения/выключения коммутационных

10

аппаратов и блокировки, позволяющие избежать, например, срабатывание АВР

при отключении одним из вводных или секционных автоматических

выключателей вследствие КЗ. А основным условием для включения секционного

аппарата в схеме с неявным резервом служит пропадание напряжения на одном из

источников.

Основные блокировки АВР:

Запрет АВР при отсутствии напряжения на резервном источнике;

Запрет АВР, если хотя бы один АВ отключен расцепителем;

Запрет одновременного включения двух источников на одну секцию

потребителей.

1.3. Описание учебного стенда

В рамках организации учебно-демонстрационных лабораторий на кафедре

Электрических Станций МЭИ (ТУ) был установлен ЩСН марки GUTOR (см. рис.

1.3.).

Рис. 1.3. ЩСН марки GUTOR.

Данный щит изготовлен из конструктива Schneider Electric Prisma Plus P,

специально разработанного для шкафов распределения электроэнергии. Все

11

применяемые защитные аппараты также производства компании Schneider

Electric.

Однолинейная схема ЩСН представлена на рис. 1.6. Из этой схемы видно,

что в данном щите применена схема явного резерва. Автоматические

выключатели вводов и секционирования имеют моторный привод (см. рис. 1.4.),

позволяющий производить переключения по сигналу. Они необходимы для

реализации функций АВР. Логика работы АВР запрограммирована в контроллере

Zelio Logic (см. рис. 1.5. б), расположенном в шкафу резервного ввода.

Информация о состоянии напряжений на вводах поступает в контроллер от реле

контроля напряжения Schneider Electric RM4-TU02 (см. рис. 1.5. а), которые

установлены на каждом вводе.

Рис. 1.4. Автоматический выключатель Compact NS160 с моторредуктором.

а) б)

Рис. 1.5. Элементы системы АВР:

а) Реле контроля напряжения и дублирующие реле; б) Контроллер Zelio Logic.

12

Рис. 1.6. Однолинейная схема ЩСН.

13

Рис. 1.7. Многофункциональный измерительный прибор PowerLogic PM700.

В верхней части на торцевой панели каждого шкафа расположен дисплей

устройства Schneider Electric PowerLogic PM700, представляющего собой

многофункциональный измерительный прибор. Данный прибор позволяет

измерить большое количество параметров сети, а также хранит в себе

информацию о некоторых предельных параметрах зарегистрированных в сети,

например, максимальное и минимальное напряжение.

1.4. Применяемые автоматические выключатели

В РУ 0,4 кВ установлены автоматические выключатели производства фирмы

Schneider Electric серий Multi 9 и Compact NS.

В серии Multi 9 представлены, так называемые, автоматические выключатели

типа MCB (Miniature Circuit Breaker – миниатюрный автоматический

выключатель) (см. рис. 1.8.). Данный тип выключателей также известен как

модульный и выполняется только для фиксированной установки. Автоматические

выключатели серии Multi 9 применимы как в промышленной, так и в жилищной

сфере, например, в щитах распределения жилых домов.

Рис. 1.8. Автоматические выключатели серии Multi 9.

14

Данные автоматические выключатели фиксируются на din-рейке и

рассчитаны на номинальный ток от 0,5 А до 125 А. Ток отключения варьируется

от 4,5 кА до 50 кА.

Отключение производится магнитным расцепителем. Существует 5

возможных кривых отключения: Z, B, C, D (K), MA. Каждая кривая

характеризуется своей зоной отключения относительно номинального тока

выключателя In ± 20% (см. рис. 1.9.):

Для кривой Z – между 2,4 In и 3,6 In

защита электронных цепей;

Для кривой B – между 3,2 In и 4,8 In

защита генераторов, людей, кабелей большой длины (без пиков тока);

Для кривой C – между 7 In и 10 In

защита цепей общего применения (освещение, розеточные группы);

Для кривой D (K) – между 10 In и 14 In

защита цепей с высокими бросками тока (трансформаторов, двигателей);

Для кривой MA – 12 In

защита пускателей двигателей (без тепловой защиты).

В щите собственных нужд установлены автоматические выключатели типа

NG125L с номиналом 25 А и характеристикой C – 2 шт. (3-х и 4-х полюсный), 10

А и характеристикой B – 1 шт., 10 А и характеристикой D – 1 шт., а также

автоматические выключатели типа C60 с различными характеристиками,

номиналами и числом полюсов.

В серии Compact NS представлены, так называемые, автоматические

выключатели типа MCCB (Molded Case Circuit Breaker – автоматический

выключатель в литом корпусе) (см. рис. 1.10.). Серия Compact NS охватывает весь

диапазон номинальных токов от 80 А до 1600 А. Аппараты могут быть

15

стационарного, втычного или выдвижного исполнения, с передним или задним

присоединением, а также с ручным или электрическим управлением.

2,4

3,2

3,6

4,8 7 10 12 14 xIn

t

C D (K)

MA

Z B

Рис. 1.9. Кривые срабатывания.

Автоматические выключатели Compact NS позволяют унифицировать

распределительные щиты, что дает дополнительное удобство и снижает время

монтажа. Аппараты на один номинальный ток подразделяются на модификации

N, H, L, в зависимости от отключающей способности. Ток отключения

варьируется от 36 кА до 150 кА. Эти модификации имеют одинаковые размеры.

Автоматические выключатели Compact NS свободно устанавливаются вплотную

друг к другу (бок о бок) в ограниченном пространстве.

16

Каждый автоматический выключатель Compact NS имеет различные

функции защиты, в зависимости от используемого в нем расцепителя или блока

контроля и управления. Дополнительные функции измерения и сигнализации

реализуются:

Compact NS100-630: посредством добавления вспомогательных устройств;

Compact NS630b-1600: посредством выбора соответствующего блока

контроля и управления Micrologic.

Рис. 1.10. Автоматический выключатель Compact NS800 с электрическим управлением.

Автоматические выключатели Compact NS100-250 имеют взаимозаменяемые

магнитотермические и электронные расцепители (см. рис. 1.11.), что позволяет

быстро изменить защиту отходящей линии в случае модернизации

электроустановки.

Расцепители аппаратов Compact NS400-630 представляют собой втычные

взаимозаменяемые электронные блоки с контактными разъемами. Например,

расцепитель STR53UE имеет широкий диапазон регулирования уставок защит.

17

В стандартном исполнении:

сигнализация различных повреждений

(перегрузка, короткое замыкание и т.д.);

Дополнительно на заказ:

встроенный амперметр;

защита от замыканий на землю;

логическая селективность.

Рис. 1.11. Блоки расцепителей: слева – магниторемический, справа – электронный.

Автоматические выключатели Compact NS630b-1600 оснащаются

взаимозаменяемыми блоками контроля и управления Micrologic (см. рис. 1.12.).

Блоки контроля и управления Micrologic 2.0 и 2.0 A обеспечивают базовую

защиту (защита от перегрузок + токовая отсечка). Блоки Micrologic 5.0 и 5.0 A

обеспечивают селективную защиту, которая может дополняться защитой от

замыканий на землю (Micrologic 6.0 A) или дифференциальной защитой

(Micrologic 7.0 A).

Блоки Micrologic с функцией амперметра позволяют измерять токи. Они

имеют жидкокристаллический дисплей и трѐхполосный индикатор типа

«барограф» с удобными кнопками перемещения по меню. Пользователь имеет

прямой доступ к необходимым параметрам и регулировкам. Передвижение между

экранами осуществляется интуитивно, а регулировки предельно упрощены

благодаря прямому отображению регулируемого параметра на дисплее.

18

Рис. 1.12. Слева – Micrologic 2.0, 5.0, справа – Micrologic 2.0 A, 5.0 A, 6.0 A, 7.0 A.

В щите собственных нужд установлены автоматические выключатели типа

NS160 с различными расцепителями и числом полюсов: часть из них обладает

моторредуктором и является вводными и секционными, другая часть – автоматы

распределения. В качестве автомата ввода явного резерва используется NS630b.

Кривые срабатывания вышеописанных блоков контроля и управления

представлены на рис. 1.13.

19

Рис. 1.13. Кривые срабатывания расцепителей автоматических выключателей в литом корпусе:

t

I

20

1.5. Порядок работы АВР

В ЩСН реализована система АВР, обеспечивающая бесперебойное питание

всех потребителей в случае выхода напряжения на одном из вводов за пределы

допустимого.

Для упрощения восприятия всех переключений АВР создается матрица

переключений, представляющая собой таблицу (см. табл. 1.1.), в которой

приведены все возможные комбинации отклонений напряжений на вводах и

соответствующие этим ситуациям положения вводных и секционных

выключателей.

Рис. 1.14. Частичная схема системы АВР.

21

Матрица переключений АВР Таблица 1.1.

Ситу-

ация

Напряжение

на вводе 1


на вводе 2


на рез.вводе

Вводной

АВ 1

Секционный

АВ 1

Вводной

АВ рез.

Секционный

АВ 2

Вводной

АВ 2

Сообщение на дисплее

(Перевод)

1 Вне допуска Вне допуска Вне допуска Откл. Откл. Откл. Откл. Откл.

All mains undervoltage

(Все напряжения вводов

вне допуска)

2 Вне допуска Вне допуска Нормальное Откл. Откл. Вкл. Откл. Откл.

Mains 1 + Mains 2 undervoltage

(Напряжения на вводах 1 и 2


3 Вне допуска Нормальное Вне допуска Откл. Вкл. Откл. Вкл. Вкл.

Mains 1 + Emergency

Mains undervoltage

(Напряжения на вводе 1 и

резервном вводе вне допуска)

4 Вне допуска Нормальное Нормальное Откл. Вкл. Откл. Вкл. Вкл.

Mains 1 undervoltage

(Напряжение на вводе 1


5 Нормальное Вне допуска Вне допуска Вкл. Вкл. Откл. Вкл. Откл.

Emergency Mains +


(Напряжения на вводе 2 и

резервном вводе вне допуска)

6 Нормальное Вне допуска Нормальное Вкл. Вкл. Откл. Вкл. Откл.


(Напряжение на вводе 2


7 Нормальное Нормальное Вне допуска Вкл. Откл. Откл. Вкл. Вкл.

Emergency Mains undervoltage

(Напряжение на резервном

вводе вне допуска)

8 Нормальное Нормальное Нормальное Вкл. Откл. Откл. Вкл. Вкл.

22

Рассмотрим на примере последовательность переключения АВР из

нормального режима, которому соответствует ситуация 8, в режим отсутствия

напряжения на первом основном вводе (ситуация 4).

В нормальном режиме от расположенного на первом вводе реле

RM4-TU02 (см. рис. 1.14: 1K7) с выхода 18 на вход I2 контроллера Zelio Logic

(см. рис. 1.14: 1A1) проходит управляющее напряжение, наличие которого

означает, что реле не фиксирует отклонений напряжения.

Выход Q1.1 контроллера подключен к источнику управляющего напряжения.

К выходу Q1.2 контроллера подключен вход А1 дублирующего реле (см. рис.

1.14: 2K5), вход А2 подключен к нейтрали, вход 11 релейного контакта реле

подключен к источнику управляющего напряжения, а выходы 12 и 14 к входам

А4 и А2 выключателя первого основного ввода (см. рис. 1.14: 1Q1)

соответственно.

На автоматических выключателях серии Compact NS, оснащенных

моторизированным приводом, присутствуют дополнительные контакты,

предназначенные для управления выключателем – А1, А2, А4, В2, В4. Входы А1

и В4 предназначены для общего питания катушек приводов и мотор-редуктора.

Вход В2 предназначен для возврата выключателя в исходное положение после

срабатывания. Вход А2 выключателя используется для включения (замыкания)

автоматического выключателя, а вход А4 используется для выключения

(размыкания).

В нормальном режиме, которому соответствует ситуация 8, выходы Q1.1 и

Q1.2 контроллера замкнуты. Следовательно, на входы дублирующего реле 2K5

подано управляющее напряжение и его релейный контакт замкнут между входом

11 и выходом 14. Следовательно, на вход А2 выключателя 1Q1 подается

управляющее напряжение, что означает, что выключатель должен быть включен в

данном режиме.

23

По аналогичной схеме к контроллеру подключен секционный

автоматический выключатель (см. рис. 1.14: 3Q1). Однако, в нормальном режиме

он должен быть выключен. Следовательно, управляющее напряжение должно

быть подано на его вход А4, т.е. релейный контакт реле 4К5 должен быть замкнут

между входом 11 и выходом 12. Это выполняется если, выходы Q2.1 и Q2.2

контроллера разомкнуты.

Все остальные задействованные в системе АВР выключатели и реле

подключены по аналогичной схеме (см. рис. 1.15).

Теперь рассмотрим режим отсутствия напряжения на первом основном вводе

(ситуация 4). Из табл. 1.1. видно, что ситуации 8 и 4 отличаются состояниями

выключателя основного ввода 1 и секционного выключателя 1.

При пропадании напряжения на первом основном вводе релейный контакт

реле RM4-TU02 замыкается между входом 15 и выходом 16. Следовательно, на

вход I2 контроллера не проходит управляющее напряжение, отсутствие которого

означает, что реле фиксирует отсутствие напряжения. Выходы Q1.1 и Q1.2

контроллера размыкаются, на входы реле 2К5 не подается напряжение и его

релейный контакт замкнут между входом 11 и выходом 12. Следовательно, на

вход А4 выключателя 1Q1 подается управляющее напряжение, что означает, что

выключатель должен быть отключен в данном режиме. Выходы Q2.1 и Q2.2

контроллера замыкаются, на входы реле 4К5 не подается напряжение и его

релейный контакт замкнут между входом 11 и выходом 14. Следовательно, на

вход А2 выключателя 3Q1 подается управляющее напряжение, что означает, что

выключатель должен быть включен в данном режиме.

Необходимо отметить, что в контроллер АВР заводится информация о

состоянии каждого задействованного в системе АВР выключателя для

обеспечения блокировки одновременного включения двух источников на одну

секцию потребителей.

24

Рис. 1.15. Полная схема системы АВР распределительного устройства 0,4 кВ.

1.6. Связь с внешними системами

Под внешними системами понимают системы мониторинга и управления

такие как: автоматизированная система управления (АСУ), автоматизированная

система технического или коммерческого учета электроэнергии (АСТУЭ,

АСКУЭ) и др.

На данный момент существует множество способов передачи данных от

системы к системе: от простых сухих контактов до централизованной передачи

данных по одной полевой шине, например по протоколу MODBUS.

В данном ЩСН не предусмотрено цифровых средств связи с внешними

системами, поэтому все требуемые для организации лабораторного стенда данные

будут передаваться индивидуально при помощи «сухих контактов», релейных

выходов реле контроля напряжения и дублирующих реле.

Также в ЩСН не предусмотрено функций управления извне.

По результатам изучения заводской документации выявлено 19 дискретных

сигналов, все из которых будут задействованы в создаваемом лабораторном

стенде. Перечень сигналов, их описание, а также места присоединения приведены

в табл. П1.1.

2. СИСТЕМА ОПЕРТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА И

ИНВЕРТОРНАЯ УСТАНОВКА С БАЙПАСОМ


установки с байпасом

Системы питания постоянного тока применяются для питания потребителей,

которые:

не допускают перерывов в подаче электроэнергии;

предъявляют строгие требования к постоянству напряжения;

чувствительны к помехам и переходным процессам в сети.

Инверторная установка с байпасом обеспечивает беспрерывное питание

потребителей переменного тока при пропадании источника питания за счет

преобразования постоянного тока в переменный.

2.2. Структура системы оперативного постоянного тока и ее основные

элементы

Система постоянного тока состоит из следующих частей:

1 Шкаф ввода;

2 Зарядно-выпрямительных устройства типа GUTOR SDC-220-50 (ЗВУ);

1 Балластное устройство (БУ);

1 Батарея суперконденсаторов;

2 Распределительных щита постоянного тока (ЩПТ);

1 Блок аварийного освещения (БАО, в составе ЩПТ1);

1 Шкаф оперативного тока (ШОТ).

Структурная схема СОПТ представлена на Рис. 2.1. Для лучшего понимания

структуры СОПТ, рассмотрим каждую часть системы и ее основные элементы

более подробно.

Рис. 2.1. Структурная схема системы оперативного постоянного тока.

Шкаф ввода служит для ввода кабелей от источников переменного тока. От

шкафа ввода запитываются выпрямительные устройства. Все цепи источников

постоянного тока также входят в этот шкаф и далее направляются через

Балластное устройство к шинам надежного электроснабжения –

распределительному устройству ЩПТ.

Выпрямительные устройства служат для преобразования переменного тока в

постоянный. Дополнительно в ЗВУ расположены элементы управления и

мониторинга системы постоянного тока.

Батарея суперконденсаторов (на реальных объектах энергетики и

промышленности используют аккумуляторные батареи) является резервным

источником питания, обеспечивающим бесперебойное питание потребителей на

время автономии, если отсутствует переменное напряжение на входах ЗВУ.

Балластное устройство предназначено для поддержания напряжения на

нагрузке в заданных пределах, если диапазон напряжения на батарее больше, чем

допустимо для нагрузки (режим подзаряда аккумуляторной батареи повышенным

напряжением). С выхода БУ запитываются распределительные устройства

постоянного тока. Существует 2 уровня распределения – верхний и нижний.

Щит постоянного тока представляет собой распределительное устройство

постоянного тока верхнего уровня, в котором в качестве защитных аппаратов

выступают предохранители, установленные в мультиблоках. БАО в составе

ЩПТ1 предназначен для обеспечения освещения на щитах управления и

диспетчерских пунктах в случае пропадания питания рабочего освещения.

Шкаф оперативного тока представляет собой распределительное устройство

постоянного тока нижнего уровня, которое запитывается от щитов постоянного

тока и обычно располагается ближе к непосредственному потребителю. В роли

защитных аппаратов в этих шкафах используют автоматические выключатели

типа МСВ.

2.2.1. Шкаф ввода

Шкаф ввода служит для ввода кабелей от источников переменного тока. От

шкафа ввода запитываются выпрямительные устройства. Выходы выпрямителей

также заведены в шкаф ввода. В данном варианте системы, в шкафу

предусмотрены клеммы для подключения суперконденсаторной и

аккумуляторной батарей, что обеспечивает надежное питание нагрузки на выходе.

Рис. 2.2. Вводные клеммы.

Рис. 2.3. Дублирующие реле.

Рис. 2.4. Мультиблок с

плавкой вставкой.

В правой верхней части шкафа расположены клеммы

ввода питания (см. рис. 2.2.). В нижней части шкафа

расположены два мультиблока 1Q04, 2Q04 (см. рис.

2.4.) с плавкими вставками, через которые к СОПТ

подключаются суперконденсатор и аккумуляторная

батарея.

Слева сверху расположены клеммы, позволяющие

измерить напряжение и ток, как при помощи

сигналов типа 4..20 мА от преобразователей в

балластном устройстве, так и при помощи

потенциальных сигналов.

В центральной части шкафа расположены блоки

предохранителей, от которых запитаны цепи

контроля и сигнализации. Рядом с ними

расположены дублирующие реле (см. рис. 2.3.): реле

К004 дублирует сигнал о положении мультиблоков с

предохранителями вводов от суперконденсатора и

аккумуляторной батареи, а реле К080 служит для

переключения цепей освещения шкафов между

источниками переменного тока.

2.2.2. Зарядно-выпрямительное устройство

Выпрямительное устройство предназначено для преобразования переменного

тока в постоянный. В число основных компонентов ЗВУ входят трансформаторы,

зарядный модуль, контроллер и интерфейс оператора, представляющий собой

переднюю панель с дисплеем (см. рис. 2.5.), расположенную на двери шкафа.

Рис. 2.5. Интерфейс оператора ЗВУ.

Модуль 6-тактного тиристорного выпрямителя предназначен для

преобразования переменного тока в постоянный. Конструкция модуля позволяет

достигать повышенного напряжения, необходимого для ускоренной зарядки

батарей и подачи требуемого тока на инвертор даже в случае снижения

напряжения питающей электросети на величину до -10% от номинального

значения.

а) б)

Рис. 2.6. Выключатели в ЗВУ:

а) Входной выключатель Q001;

б) Выходной выключатель Q003.

Большая часть шкафа внутри закрыта стальной

пластиной, т.к. за ней расположена чувствительная

микроэлектроника, управляющая системой, и

тиристоры выпрямительного устройства. Внизу в

глубине шкафа размещен трансформатор

выпрямительного устройства. Для обзора доступны

лишь входные и выходные выключатели, релейные

платы А077, А025 для выдачи сигналов о состоянии

системы «сухим контактом» во внешние системы и

плата Network Management Card (NMC),

позволяющая удаленно через Web-интерфейс

следить за состоянием устройства.

Рис. 2.7. Платы в ЗВУ (слева направо): Network Management Card, релейные платы А077, А025.

2.2.3. Балластное устройство

Балластное устройство предназначено для поддержания напряжения на

нагрузке в заданных пределах, если диапазон напряжения на батарее больше, чем

допустимо для нагрузки.

Для поддержания необходимого напряжения на нагрузке избыток

напряжения гасится на последовательно включенных диодах. При повышении

напряжения в ходе заряда батареи балластные диоды V032 вводятся в цепь

нагрузки, при понижении напряжения – выводятся (шунтируются

контактором К032). Балластное устройство фирмы GUTOR может содержать

до четырех ступеней (см. рис. 2.8.).

Р

Рис. 2.8. Функциональная схема балластного устройства.

Принцип работы балластного устройства основан на падении напряжения на

диоде в прямом направлении примерно 0.8 В. Каждая ступень гашения может

обеспечить падения напряжения на величину, равную произведению 0,8 В на

количество последовательно включенных диодов в одной цепочке. Падение

напряжения почти не зависит от нагрузки при токе более 10 % от номинала. Для

выведения ступени гашения используются контакторы, которые замыкают

ступени.

Рис. 2.9. ПЛК Siemens

«LOGO!» в балластном

устройстве.

Состоянием контакторов управляет ПЛК Siemens

«LOGO!» (см. рис. 2.9.), который оценивает выходное

напряжение, получаемое от преобразователя А039, и

вводит ступень гашения, если напряжение слишком

высокое, или выводит ступень, если напряжение

слишком низкое. Ввод и вывод ступеней производится с

гистерезисом, который предотвращает многократные

переключения при напряжении вблизи уставки.

Рис. 2.10. График изменения выходного напряжения балластного устройства

в зависимости от напряжения на аккумуляторной батарее (входе БУ), В.

+ -

Рис. 2.11. Цепь защиты от

перенапряжений в БУ.

В нижней части шкафа расположен мультиблок с

предохранителям Q600, защищающий цепь защиты от

перенапряжений, представляющую собой диоды V601

и V602, включенные в обратной полярности между

полюсами и землей (один диод с земли на "плюс",

другой - с "минуса" на землю) (см. рис. 2.11.).

Также в балластном устройстве расположены

преобразователи тока Р041 и напряжения Р042 в

сигналы 4..20 мА, которые выводятся на клеммы в

вводном шкафе.

2.2.4. Батарея суперконденсаторов

Рис. 2.12. Батарея суперконденсаторов.

Батарея суперконденсаторов (см. рис.

2.12.) обычно не применяется как резервный

источник тока. В системах оперативного

постоянного тока в качестве накопителя

энергии используются свинцово-кислотные

аккумуляторные батареи, емкость достаточной

для питания всех потребителей не менее 2

часов в режиме автономии. Однако их

использование переводит помещение в разряд

взрывоопасных, что является недопустимым

для учебной лаборатории.

2.2.5. Щиты постоянного тока

Щит постоянного тока представляет собой распределительное устройство

постоянного тока, в котором в качестве защитных аппаратов выступают

предохранители, установленные в мультиблоках (см. рис. 2.13.).

Рис. 2.13. Мультиблоки с предохранителями в ЩПТ.

В ЩПТ установлено система устройство контроля изоляции и поиска

поврежденной изоляции BENDER. Данная система состоит из главного

устройства с жидкокристаллическим дисплеем и кнопками управления

A-ISOMETER IRDH-575, установленного на двери ЩПТ 2, устройства сбора

данных от отходящих линий EDS 460-D и трансформаторов тока, установленных

на контролируемых отходящих фидерах.

Рис. 2.14. Устройство контроля изоляции BENDER A-ISOMETER IRDH-575.

Прибор A-ISOMETER подключается к изолированной от земли

(незаземленной) контролируемой сети и к защитному проводнику (PE).

На контролируемую сеть накладывается оперативный импульсный,

управляемый микропроцессорным контроллером, который состоит из

положительной и отрицательной составляющих одинаковой амплитуды.

Длительность импульса задается автоматически в зависимости от емкости сети и

сопротивления изоляции контролируемой сети относительно земли.

При замыкании на землю через место повреждения изоляции протекает

оперативный ток определенного значения. Измерительный блок прибора

определяет значение сопротивления изоляции, и по истечении времени обработки

сигнала результат выводится на ЖК-дисплей.

Длительность процесса и индикации результатов измерения зависит от

емкости сети относительно земли, значения сопротивления изоляции, а также

случайных помех в сети. Емкость сети относительно земли не влияет на точность

измерения.

При снижении сопротивления изоляции сети ниже заданных уставками

значений ALARM1 (100 кОм) и ALARM2 (20 кОм), срабатывают

соответствующие выходные реле, загораются сигнальные светодиоды «ALARM

1/2» и на ЖК-дисплее показывается измеренное значение сопротивления

изоляции и дополнительно показывается, в каком проводнике произошло

повреждение. С помощью устройстваа EDS и подключенных к нему

трансформаторов тока, установленных на каждом присоединении,

осуществляется избирательное определение дефектного присоединения.

2.2.6. Блок аварийного освещения

В нижней части шкафа ЩПТ1 расположен блок аварийного освещения,

предназначенный для резервирования аварийного освещения. Он представляет

собой распределительное устройство с одним рабочим и одним резервным

вводом. При наличии напряжения на вводе переменного тока аварийное

освещение питается от сети переменного тока, при пропадании переменного

напряжения аварийное освещение переключается на питание от шин постоянного

тока (от батареи).

Рис. 2.15. Контакторы в БАО.

Контроль наличия переменного

напряжения на вводе осуществляет реле

переменного напряжения А111. Переключение

питающей сети осуществляют контакторы

К111 и К112 (см. рис. 2.15.), установленные на

оба ввода и имеющие взаимную блокировку,

препятствующую одновременному включению

двух источников на нагрузку.

2.2.7. Шкаф оперативного тока

Шкаф оперативного тока представляет собой распределительное устройство

постоянного тока нижнего уровня, которое запитывается от щитов постоянного

тока и обычно располагается ближе к непосредственному потребителю. В роли

защитных аппаратов в этих шкафах используют автоматические выключатели

типа МСВ (см. рис. 2.16.).

Рис. 2.16. Автоматические выключатели в ШОТ.

Как видно из рис. 2.1., представленный шкаф оперативного тока имеет одну

секцию распределения c 18 автоматами, два ввода – по одному от каждого ЩПТ,

блокирующие диоды (V700 и V800) и аналоговые измерительные приборы.

Автоматические выключатели снабжены дополнительным блок-контактом,

сигнализирующим о срабатывании из-за перегрева или отключении КЗ. При

срабатывании хотя бы одного выключателя на шкафу загорается лампа тревоги и

в контроллер ЗВУ передается сигнал тревоги ШОТ.

Диоды служат для мгновенного переключения между вводами без потери

питания на секции в случае, если питание на одном из вводов пропадет.

2.3. Структура инверторной установки с байпасом и ее основные

элементы

Инверторная установка состоит из вводного шкафа, инвертора и байпаса.

Структура инверторной установки с байпасом представлена на рис. 2.17. Для

лучшего понимания структуры установки, рассмотрим каждую часть системы и ее

основные элементы более подробно.

Рис. 2.17. Структурная схема инверторной установки.

Инверторная установка с байпасом обеспечивает беспрерывное питание

потребителей переменного тока по он-лайн топологии при пропадании источника

питания за счет преобразования постоянного тока в переменный посредством

инверторного модуля с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на биполярных

транзисторах с изолированным затвором. Такие инверторы допускают

параллельное подключение до девяти устройств с активным разделением

нагрузки.

В отличие от офф-лайн топологии, когда нагрузка питается через байпас, а

инвертор включается только при сбое питания от сети, в установке GUTOR

инвертор постоянно подает напряжение на нагрузку. Эта особенность особенно

важна для ответственных нагрузок, когда даже минимальное время переключения

с байпаса на инвертор (5-10 мс) может оказаться слишком большим.

Рис. 2.18. Вводной выключатель Q020.

Рис. 2.19. Светодиод V001 и

переключатель S001 в шкафу ввода.

Вводной шкаф в системе служит для

ввода сети постоянного тока от щита

постоянного тока, рассмотренного ранее. В

шкафу установлен автоматический

выключатель типа МССВ производства

Siemens (см. рис. 2.18.) с расцепителем

номиналом 80 А. Также в шкафу

расположен переключатель S001 и

светодиод V001 (см. рис. 2.19.). Они

служат для заряда/разряда блока

конденсаторов постоянного тока,

служащего для фильтрации постоянного

тока. Заряд требуется проводить перед

включением инверторной установки, а

разряд после выключения инвертора.

В число основных компонентов инверторной установки переменного тока

входят модули инверторов и статических переключателей, а также ручной

переключатель байпаса, трансформаторы, контроллер и интерфейс оператора,

представляющий собой переднюю панель с дисплеем (Рис 2.20.), расположенную

на двери шкафа.

Рис. 2.20. Интерфейс оператора инверторной установки.

Все основные элементы инвертора, как и в выпрямителе, скрыты за

стальными панелями. Однако, в нижней части шкафа расположены релейные

платы для выдачи сигналов о состоянии системы «сухим контактом» во внешние

системы и плата Network Management Card (NMC), позволяющая удаленно через

Web-интерфейс следить за состоянием устройства.

Рис. 2.21. Вводной выключатель Q090.

Рис. 2.22. Безразрывный

переключатель режимов Q050.

Шкаф байпаса предназначен для

резервирования питания потребителей

переменного тока, в случае если отсутствует

переменное напряжение на выходе инвертора.

В шкафу в верхней части расположены

вводные и распределительные клеммы. На

вводе питания от ЩСН расположен

автоматический выключатель Q090 типа

МССВ производства АВВ (см. рис. 2.21). В

центральной части шкафа расположены

автоматические выключатели отходящих

присоединений типа МСВ производства

Siemens.

В нижней части шкафа расположен

переключатель режимов байпаса Q050. При

помощи этого безразрывного переключателя

нагрузка может быть переведена на питание от

сети байпаса, а системная часть изолирована от

байпаса для проведения сервисных и

ремонтных работ.

Переключатель Q050 имеет 3 положения:

Auto (Авто): в этом положении нагрузка питается от системы (инвертора или

байпаса через статический переключатель);

Test (Тест): в этом положении нагрузка питается от сети байпаса, но

напряжение байпаса подано и на системную часть, которая работает в

нормальном режиме и может быть протестирована без помех для потребителей.

Bypass (Байпас): в этом положении нагрузка питается от сети байпаса, а

системная часть изолирована от байпаса.

Внутри шкафа байпаса установлен трансформатор, который служит для

гальванической развязки ввода сети байпаса и нагрузки. Применяется также для

согласования входного напряжения сети байпаса и выходного напряжения.

2.4. Режимы работы системы оперативного постоянного тока и

инверторной установки с байпасом

Поскольку описанные ранее системы гарантированно обеспечивают

снабжение потребителей в различных режимах, то было бы не лишним

рассмотреть все эти режимы и дать им краткие описания.

Нормальный режим

Нормальным считается режим, когда вся нагрузка подключена по основной

схеме и получает питание от основных источников, т.е. потребители постоянного

тока питаются от выпрямителей, которые в свою очередь получают питание от

щита собственных нужд.

В данном режиме осуществляется постоянный подзаряд батарей для

обеспечения их готовности к автономному режиму работы. Уровень напряжения

на приемниках потребителей не выходит за допустимые пределы 220 ± 10%,

поэтому Балластное Устройство не введено в работу (контактор К032 шунтирует

балластные диоды). Потребители переменного тока, подключенные к

инверторной установке, получают питание от инвертора, который, в свою

очередь, запитан от щита постоянного тока. БАО получает питание от сети

переменного тока через вводной выключатель Q111.

Структурная схема системы оперативного постоянного тока и инверторной

установки, функционирующих в нормальном режиме, представлена на рис. 2.23.

Рис. 2.23. Структурная схема системы оперативного постоянного тока и инверторной установки (нормальный режим):

Синие линии – переменный ток; Красные линии – постоянный ток.

Режим работы от батареи

Данный режим характеризуется отсутствием питания переменным током

выпрямительных устройств от щита собственных нужд. В случае выключения

выпрямительных устройств система переходит в автономный режим, и питание

нагрузки осуществляется от батарей системы. Обычно батарею рассчитывают

таким образом, чтобы она после двухчасового разряда током нормального

автономного режима смогла обеспечить кратковременное питание всех нагрузок

системы.

Структурная схема системы оперативного постоянного тока и инверторной

установки, функционирующих в батарейном режиме, представлена на рис. 2.24.

Режим заряда батареи повышенным напряжением

Режим заряда батареи повышенным напряжением необходим для быстрого

(до 10 часов) ввода разряженной батареи в режим готовности к автономному

(батарейному) режиму работы системы.

Для свинцово-кислотных аккумуляторов типа VARTA Bloc, OPzS и др.

нормальным является напряжение подзаряда 2,23 В/элемент. Таким образом, для

аккумуляторной батареи из 104 элементов напряжение подзаряда будет равняться

2,23 х 104 = 231,9 В. В режиме заряда повышенным напряжением на один элемент

может быть подано напряжение до 2,4 В, тогда общее напряжение заряда составит

2,4 х 104 = 249,6 В, что превышает верхний предел допустимого для потребителя

уровня напряжении на 7,6 В. Для предотвращения порчи приемников постоянного

тока потребителей от перенапряжений в работу автоматически под управлением

ПЛК включается Балластное Устройство: контактор К032 размыкается и ток

проходит через балластные диоды V032 (см. рис. 2.25.), на каждом из которых

напряжение падает примерно на 0,8 В. Количество диодов рассчитано таким

образом, чтобы напряжение на выходе Балластного Устройства находилось в

допустимых пределах в любом режиме подзаряда АБ.

Рис. 2.24. Структурная схема системы оперативного постоянного тока и инверторной установки (батарейный режим):


Рис. 2.25. Структурная схема системы оперативного постоянного тока и инверторной установки (режим повышенного напряжения):


Режим работы через байпас

Статические переключатели А035 и А036 позволяют без перерыва

переключить потребителей на питание от сети (байпасная сеть) с сохранением

всех специфицированных допусков. Переключение может происходить

автоматически по сигналу контроллера или вручную (по команде оператора).

В любом варианте (автоматически или вручную) безразрывное переключение

возможно только в том случае, если система синхронизирована с сетью байпаса

по напряжению, частоте и фазе. Отклонение частоты сети за пределы допуска

обычно блокирует переключение.

Ручное переключение возможно только тогда, когда система

синхронизирована с сетью байпаса. Автоматическое переключение нагрузки на

байпас происходит в том случае, если обеспечение питания в пределах допуска от

инвертора не гарантируется. Если система переведена на байпас вручную (по

команде оператора), то в случае сбоя сети байпаса система автоматически

переходит на нормальный режим работы, если источник питания постоянного

тока (выпрямитель или батарея) доступен. В зависимости от настроек может

иметь место кратковременная потеря выходного напряжения.

Ручной переключатель байпаса Q050 позволяет обесточить установку для

безопасного проведения работ по обслуживанию. Переключение происходит с

перекрытием, т.е. безразрывно. Переключатель имеет три положения (см. рис.

2.26.).

Рис. 2.26. Трехпозиционный безразрывный переключатель байпаса Q050.

Положение «Тест» используется для проверки (ремонт, сервисные работы),

например, для синхронизации инвертора с сетью байпаса или для проверки

переключений инвертор-байпас-инвертор.

Для проведения ремонтных работ и обслуживания установку необходимо

обесточить (ручной переключатель байпаса в положении «Байпас») за

исключением некоторых клемм, кабелей и элементов, которые остаются под

напряжением.

Режим питания БАО от ЩПТ

При наличии напряжения на вводе переменного тока аварийное освещение

питается от сети переменного тока, при пропадании переменного напряжения

аварийное освещение переключается на питание от шин постоянного тока (от

батареи). Контроль наличия переменного напряжения на вводе осуществляет реле

переменного напряжения А111. Переключение питающей сети осуществляют

контакторы К111 и К112, установленные на оба ввода и имеющие взаимную

блокировку, препятствующую одновременному включению двух источников на

нагрузку.

2.5. Связь с внешними системами

В данных система не предусмотрено цифровых средств связи с внешними

системами, кроме плат Network Management Card, поэтому все требуемые для

организации лабораторного стенда данные будут передаваться индивидуально

при помощи «сухих контактов», релейных выходов контакторов и дублирующих

реле.

По результатам изучения заводской документации выявлено 51 дискретный,

3 аналоговых типа 4..20 мА и 2 потенциальных сигнала. Из них будут

задействованы в создаваемом лабораторном стенде: 29 дискретных и 3

аналоговых сигнала типа 4..20 мА. Перечень сигналов, их описание, а также места

присоединения приведены в табл. П1.2.

3. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ

СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА

3.1. Применяемое оборудование

Для организации лабораторного стенда был использован программируемый

логический контроллер WAGO 750-841 для сетей ETHERNET (см. рис. 3.1.).

Контроллер способен поддерживать любые типы модулей. Он автоматически

конфигурируется, создавая локальный образ процесса, включающий дискретные,

аналоговые и специальные модули. Данные дискретных модулей передаются

битами, которые отражаются в образе процесса следом за байтами аналоговых

модулей.

Рис. 3.1. ПЛК WAGO 750-841.

Контроллер поддерживает скорости обмена 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Он

программируется компилятором WAGO-I/O-PRO CAA согласно стандарту IEC

61131-3, используя 512 KB памяти программ, 128 KB памяти данных и 24 KB

энергонезависимой памяти. Контроллер построен на базе 32-битного процессора

работающего в многозадачном режиме и имеющем встроенные часы - таймер

реального времени.

Контроллер поддерживает большое количество протоколов обмена, которые

могут использоваться для организации сбора данных и управления (MODBUS,

ETHERNET /IP), или для управления системой и диагностики (HTTP, DHCP,

DNS, FTP).

Для сбора дискретных сигналов от систем использовались 12 модулей

дискретных входов типа 750-402 (см. рис. 3.2). Данный модуль рассчитан на

подключение четырех сигналов 24 В постоянного тока. Отбор напряжения

осуществляется от клемм 2 и 6, а сбор сигналов на клеммы 1, 4, 5 и 8.

Рис. 3.2. Модуль дискретных входов 750-402:

Слева – внешний вид модуля; справа – электрическая схема модуля.

Для получения аналоговых сигналов использован модуль 750-455 (см. рис.

3.3.). Данный модуль рассчитан на подключение четырех аналоговых сигналов

4..20 мА. Входной сигнал преобразуется 12 разрядным АЦП и передаѐтся во

внутреннюю шину через схему гальванической изоляции.

Рис. 3.3. Модуль аналоговых входов 750-455:

Слева – внешний вид модуля; справа – электрическая схема модуля.

3.2. Разработка проекта лабораторного стенда

По итогам изучения заводской документации и руководств по эксплуатации

исследуемых систем был составлен перечень сигналов, которые доступны для

отбора с систем: 70 дискретных, 3 аналоговых типа 4..20 мА и 2 аналоговых

потенциальных сигнала. Из них будут задействованы в создаваемом

лабораторном стенде: 48 дискретных и 3 аналоговых сигнала типа 4..20 мА.

Перечень всех сигналов, их описание, а также места присоединения приведены в

табл. П1.1 и табл. П1.2.

На основе списков сигналов разработан проект подключения сигналов к

модулям сбора данных (см. приложение 2).

Согласно проекту была создана кабельная сеть сбора данных общей

протяженностью более 120 м (см. рис. 3.4.). В сети использован четырех- и

восьмижильный кабель. ПЛК был размещен в шкафу ввода системы оперативного

постоянного тока. Для размещения ПЛК была разработана и смонтирована в

шкаф монтажная плата.

Рис. 3.4. Сеть сбора данных.

3.3. Разработка программной части стенда

3.3.1. Передача и привязка переменных

Данные о состоянии входов от модулей сбора сигналов по внутренней шине

передаются в ПЛК. Передача данных от контроллера осуществляется через сеть

ETHERNET по протоколу MODBUS TCP. Для связи контроллера и среды

визуализации используется OPC-сервер «ICONICS Modbus Ethernet OPC Server

3.13». Структура передачи данных представлена на рис. 3.5.

В настройках OPC-сервера определяются тэги и соответствующие области

чтения данных согласно структуре адресов MODBUS. Для получения аналоговых

сигналов с входов 1-4 следует считать показания с ПЛК по адресам 30001-30004

соответсвенно. Для получения тэга, несущего информацию о состоянии входов

1-ого дискретного модуля необходимо считать первые четыре бита по адресу

30005, для 2-ого модуля – следующие четыре бита и т.д. Один адрес диапазона

3ХХХХ несет в себе 16 бит. Таким образом, на один адрес приходится 1

аналоговый вход, или 16 дискретных.

Рис. 3.5. Структура передачи данных.

При запуске среды визуализации «DataRate 2.5» программа обращается к

OPC-серверу и считывает тэги, сформированные в OPC-сервере исходя из

информации полученной от контроллера. Далее идет дешифровка полученных

данных и привязка к переменным тэгов объектов среды визуализации. Скрипты

преобразования и привязки приведены в приложении 3.

3.3.2. Элементы мнемосхемы

Для визуализации получаемой информации о состоянии оборудования на

основе входных сигналов контроллера используются мнемосхемы клиентских

программ.

Разработка мнемосхем является одним из наиболее трудоемких процессов.

Современные SCADA –системы предоставляют для их разработки широкий набор

графических объектов, позволяющих формировать мнемосхемы и связывать их с

базой данных переменных. Обычно в них имеется набор пассивных графических

объектов для рисования структуры управляемого объекта (линия, окружность,

прямоугольник и прочее), а также активные объекты, отображение которых

связано с состоянием переменных.

Для вывода на экран аналоговых параметров обычно используются

алфавитно-цифровые индикаторы. Их внешний вид (размер, шрифт, цвет, формат

вывода числа) определяются их свойствами. Одним из свойств является и

связанная с индикатором переменная. При необходимости аналоговые параметры

могут отображаться с помощью трендов, бар-графов или изображений,

аналогичных стрелочным приборам.

Для создаваемого лабораторного стенда в среде разработки «DataRate 2.5»

было разработано 12 объектов визуализации, 8 типов тэгов, 2 скрипта (не считая

внутренних скриптов обработки тэгов и управления анимацией) и 6 экранов

мнемосхем. Все эти элементы в общей сложности имеют 22 типа событий,

которые хранятся в словаре. Словарь событий предназначен для описания

возможных изменений в управляемом или наблюдаемом процессе.

Ниже по тексту представлены все разработанные основные объекты, при

помощи которых осуществляется визуализация процессов и состояний

исследуемых систем.

Выключатель

Рис. 3.6. Элемент мнемосхемы: выключатель.

Тэг выключателя «Статус», созданный на базе библиотечного типа тэга

«Выключатель» включает в себя переменную «State» типа Boolean. Существует

обработка тэга для ведения протокола.

Словарь событий включает в себя 2 вхождения для выключателя:

«Включен» и «Выключен».

Анимация происходит по данным аргумента «State» тэга «Статус»,

соответствующего выключателю: если значение аргумента равно 1 (включен), то

цвет фона становится красным и «ручка» располагается параллельно линии

передачи, если же значение равно 0 (выключен), то цвет фона становится зеленым

и «ручка» располагается поперек линии.

Существует также «Выключатель пассивный», который не имеет тэга и

анимации и служит лишь для отображения выключателей, от которых нельзя

получить сигнал их состояния.

Предохранитель пассивный

Рис. 3.7. Элемент мнемосхемы: Предохранители.

«Предохранитель пассивный» также как и «Выключатель пассивный» не

имеет тэга и анимации и служит лишь для отображения защитных аппаратов, от

которых нельзя получить сигнал их состояния.

Контроль параметров сети (реле напряжения)

Рис. 3.8. Элемент мнемосхемы: Контроль параметров сети (реле напряжения).

Тэг объекта «Статус», созданный на базе библиотечного типа тэга

«Индикация сети» включает в себя переменную «State» типа Boolean. Существует


Словарь событий включает в себя 2 вхождения для объекта: «Сеть в норме»

и «Сеть вне допуска!».


соответствующего объекту: если значение аргумента равно 1 (в норме), то цвет

фона становится зеленым и отображается текст «В НОРМЕ», если же значение

равно 0 (вне допуска), то цвет фона становится красным и отображается текст

«ВНЕ ДОПУСКА!».

Сигнализация тревоги

Рис. 3.9. Элемент мнемосхемы: Сигнал тревоги.


«Индикация тревог» включает в себя переменную «State» типа Boolean.

Существует обработка тэга для ведения протокола.

Словарь событий включает в себя 2 вхождения для объекта: «Нет тревоги» и

«Тревога!».


соответствующего объекту: если значение аргумента равно 1 (нет тревоги), то

левый круг становится ярко-зеленым, а правый – темно-красным, если же

значение равно 0 (тревога), то цвет то левый круг становится темно-зеленым, а

правый становится ярко-красным и начинает мигать.

Выпрямитель

Рис. 3.10. Элемент мнемосхемы: Выпрямитель.

Тэг объекта «Выпрямитель», созданный на базе библиотечного типа тэга

«Выпрямитель» включает в себя переменную «State» типа Boolean, которая

передает информацию о статусе системы, переменную «Charge» типа Boolean,

которая передает данные о типе подзаряда, и переменную «Exit» типа Boolean,

которая передает данные о положении выходного выключателя ЗВУ. Существует


Словарь событий включает в себя 6 вхождений для объекта: «Выпрямитель

включен», «Выпрямитель выключен», «Ускоренный заряд включен»,

«Ускоренный заряд выключен», «Выход выпрямителя включен» и «Выход

выпрямителя отключен».

Анимация происходит по данным аргументов «State», «Charge» и «Exit» тэга

«Выпрямитель», соответствующего объекту. Если значение аргумента «State»

равно 1 (выпрямитель включен), то фон квадрата становится ярко-зеленым, если

же значение равно 0 (выключен), то цвет становится серым. Если значение

аргумента «Charge» равно 1 (ускоренный заряд включен), то цвет фона нижнего

прямоугольника становится желтым и отображается текст «Ускор.», если же

значение равно 0 (ускоренный заряд выключен), то цвет фона становится серым и

отображается текст «Норм.». Если значение аргумента «Exit» равно 0 (включен),

то цвет фона становится красным и «ручка» располагается параллельно линии

передачи, если же значение равно 1 (выключен), то цвет фона становится зеленым

и «ручка» располагается поперек линии.

Балластное устройство

Рис. 3.11. Элемент мнемосхемы: Балластное устройство.




Словарь событий используется тот же, что и для элемента Выключатель.


соответствующего объекту. Если значение аргумента равно 1 (БУ включено,

контактор разомкнут), то фон коммутационного аппарата становится зеленым и

«ручка» располагается поперек линии, диоды окрашиваются в красный цвет,

мигает текстовое сообщение «U↓». Если же значение равно 0 (БУ выключено,

контактор замкнут), то фон коммутационного аппарата становится красным и

«ручка» располагается вдоль линии, диоды окрашиваются в зеленый цвет,

текстовых сообщений нет.

Набор измерительных приборов

Рис. 3.12. Элемент мнемосхемы: Показания измерителей.

Тэг объекта «Измерения», созданный на базе библиотечного типа тэга

«Измерения» включает в себя переменную «Voltage» типа Int16, которая передает

значение напряжения на выходе Балластного Устройства, переменную «Current»

типа Int16, которая передает значение выходного тока Балластного Устройства,

переменную «Isolation» типа Int16, которая передает значение уровня

сопротивления изоляции в сети распределения постоянного тока, переменную

«Iso_Alarm1» типа Boolean, которая передает данные о наличии предупреждения

о понижении уровня изоляции ниже уставки ALARM1 устройства контроля

изоляции, и переменную «Iso_Alarm2» типа Boolean, которая передает данные о

наличии тревоги, связанной с понижением уровня изоляции ниже уставки

ALARM2 устройства контроля изоляции. Существует обработка тэга для ведения

протокола.

Словарь событий включает в себя 4 вхождения для объекта:

«Предупреждение УКИ», «Нет предупреждений УКИ», «Тревога УКИ!», «Нет

тревог УКИ».

Анимация происходит при использовани всех аргументов тэга «Измерения»,

соответствующего объекту. Числовые значения уровней напряжения, тока и

сопротивления изоляции выводятся в соответствующих полях. Вывод сообщений

о наличии предупреждений или тревог выполнен при помощи скрипта таким

образом, что при наличии предупреждения оно выводится черным цветом, при

наличии предупреждения и тревоги выводится сообщение о тревоге красным

текстом. Если же предупреждений и тревог нет, то выводится сообщение «В

норме» черным цветом.

На мнемосхеме поверх измерителей в специально отведенном справа поле

вертикально размещается кнопка «Тренды», нажатие которой приводит к

открытию окна трендов аналоговых величин.

Блок аварийного освещения

Рис. 3.13. Элемент мнемосхемы: Блок аварийного освещения.

Данный элемент мнемосхемы не является отдельным объектом – он набран

из объектов «Вертикальный выключатель» и «Выключатель пассивный» и

стандартных линий.

Анимация для вводных контакторов стандартная объекту «Вертикальный

переключатель» и контролируется одной и той же переменной, но для К111 эта

переменная имеет логическую приставку НЕ, что позволяет отображать на

мнемосхеме существующую взаимоблокировку между контакторами.

Шины и отходящие линии также анимированы: если БАО запитан от

переменного тока (ЩСН), то линии окрашиваются в синий цвет, если же питание

идет от постоянного тока (ЩПТ), то линии окрашиваются в бордовый цвет.

Инвертор

Рис. 3.14. Элемент мнемосхемы: Инвертор.

Тэг объекта «Инвертор», созданный на базе библиотечного типа тэга

«Инвертор» включает в себя переменную «State» типа Boolean, которая передает

информацию о статусе системы, переменную «OnBat» типа Boolean, которая

передает данные о работе от батареи, и переменную «NoSinc» типа Boolean,

которая передает данные об отсутствии синхронизации инвертора с сетью.

Существует обработка тэга для ведения протокола.

Словарь событий включает в себя 6 вхождений для объекта: «Включен»,

«Выключен», «Режим работы от батареи», «Режим работы от выпрямителей»,

«Выход инвертора не синхронизирован!» и «Выход инвертора синхронизирован».

Анимация происходит по данным аргументов «State», «OnBat» и «NoSinc»

тэга «Инвертор», соответствующего объекту. Если значение аргумента «State»

равно 1 ( включен), то фон квадрата становится ярко-зеленым, если же значение

равно 0 (выключен), то цвет становится серым. Под инвертором выводятся

сообщения на основе аргументов «OnBat» и «NoSinc». Аргумент «NoSinc» имеет

больший приоритет и при значении аргумента равном 1, то часть инвертора,

обозначающая переменный ток станет желтого цвета и будет мигать. В режиме

работы от батареи фон текста становится желтым. Если все в норме, то

отображается текст «В норме».

Статический выключатель

Рис. 3.15. Элемент мнемосхемы: Статический выключатель.

Тэг выключателя «Статус», созданный на базе библиотечного типа тэга



Тэг выключателя «Блокировка», созданный на базе библиотечного типа тэга

«Блокировка» включает в себя переменную «State» типа Boolean. Существует


Словарь событий включает в себя 4 вхождения для выключателя:

«Включен», «Выключен», «Заблокирован» и «Разблокирован».

Анимация происходит по данным аргументов «State» тэгов «Статус» и

«Блокировка», соответствующего выключателю: если значение аргумента

«Статус» равно 1 (включен), то цвет фона становится красным, если же значение

равно 0 (выключен), то цвет фона становится зеленым, если значение аргумента

«Блокировка» равно 1 (заблокирован), то цвет внутреннего квадрата становится

желтым и начинает мигать, если же значение равно 0 (разблокирован), то цвет

фона становится серым.

Переключатель байпаса

Рис. 3.16. Элемент мнемосхемы: Переключатель байпаса.

Тэг переключателя «Переключатель байпаса», созданный на базе

библиотечного типа тэга «Переключатель байпаса» включает в себя переменную

«State» типа Boolean. Существует обработка тэга для ведения протокола.

Словарь событий включает в себя 2 вхождения для выключателя: «Ручной

режим байпас», «Автоматический режим байпас».

Анимация происходит по данным аргумента «State» тэга «Переключатель

байпаса»: если значение аргумента равно 1 (ручной режим байпас), то

отображается треугольник, замыкающий два верхних левых контакта и правый

контакт, а цвет фона замыкающего треугольника становится желтым, если же

значение равно 0 (автоматический режим байпаса), то замыкаются нижний левый

контакт.

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ НА БАЗЕ ЩСН И СОПТ

В данном разделе представлены в общей сложности 9 лабораторных работ:

2 работы на базе ЩСН, 7 работ на базе СОПТ:

1. Изучение щита собственных нужд (РУ 0,4 кВ);

2. Автоматический ввод резерва (АВР) в ЩСН. Принцип работы;

3. Изучение системы ОПТ и инверторной установки с байпасом;

4. Включение системы ОПТ, нормальный режим;

5. Распредщиты. Защитные аппараты и контроль изоляции;

6. Автономный режим работы СОПТ от батареи;

7. Режим заряда батареи повышенным напряжением;

8. Включение инверторной установки и режимы работы байпаса;

9. Мониторинг систем через Network Management Card.

Каждое описание лабораторной работы состоит из 4 частей:

Цель работы;

Задание;

Методические указания (кроме работ по ознакомлению с оборудованием);

Контрольные вопросы.

Во избежание повторений материала изложенного ранее, было решено не

приводить в описаниях к лабораторным работам информации о назначении и

основных характеристиках оборудования.

4.1. Общие методические указания

В данном разделе представлена информация о порядке

включения/выключения изучаемых систем и средств визуализации.

4.1.1. Порядок включения и выключения ЩСН

Включение

Для ввода щита собственных нужд в работу в нормальном режиме

необходимо подать напряжение на все три основных ввода.

ВНИМАНИЕ! Перед включением щита требуется удостовериться, что все

автоматические выключатели распределения отключены, т.е. находятся в

положении «OFF».

Подача питания на вводы ЩСН осуществляется с распределительного щитка

на 4 этаже кафедры. Данные переключения должны выполняться преподавателем

или другим квалифицированным персоналом кафедры.

На каждом вводе установлен многофункциональный прибор PowerMeter

PM700, дисплей которого должен заработать при подачи питания на

соответствующий ввод. Под прибором PowerMeter PM700 расположены две

лампы – красная и зеленая. Красная лампа загорается в случае срабатывания

автоматического выключателя на отключение КЗ или от перегрузки. В

нормальном режиме на всех шкафах должна гореть зеленая лампа.

При подачи питания на щит собственных нужд автоматически подается

питание на органы системы автоматического ввода резерва, которая осуществляет

непрерывный мониторинг состояния вводных напряжений и совершает

переключения согласно матрице переключений, в случае если входные

напряжения выходят за пределы допустимого.

Выключение

ВНИМАНИЕ! Перед выключением ЩСН необходимо убедиться, что все

подключенные к щиту системы штатным образом выключены согласно

требованиям и выведены из работы. Также необходимо перевести все

автоматические выключатели распределения ЩСН в положение «OFF».

Для выключения щита собственных нужд необходимо отключить питание на

вводы ЩСН с распределительного щитка на 4 этаже кафедры. Данные

переключения должны выполняться преподавателем или другим

квалифицированным персоналом кафедры.

4.1.2. Порядок включения и выключения СОПТ

Включение с суперконденсаторной батареей

При включении установки с суперконденсаторной батареей следует

подключить ее к системе оперативного постоянного тока ДО ВКЛЮЧЕНИЯ

ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ, в соответствии с нижеприведенной процедурой:

1. Подать напряжение на вводы обоих выпрямителей от ЩСН. Для этого

требуется включить (перевести в состояние «ON») автоматические выключатели

1Q1 на первой секции и 1Q1 на второй секции в щите собственных нужд.

2. Включить выходные выключатели Q003 обоих выпрямителей.

3. Убедиться, что конденсаторы фильтра постоянного тока в обоих

выпрямителях разряжены. Для этого проверить показания вольтметра P023 на

выходе Балластного Устройства.

4. В нормальном случае конденсаторы фильтров разряжаются за время

порядка 1 минуты после отключения выпрямителей. Если вольтметр P023 на

выходе БУ показывает существенное напряжение (> 20 В), необходимо выждать

необходимое для разряда время, либо ускоренно разрядить конденсаторы за счет

подключения силовых резисторов-имитаторов нагрузки. Для этого следует

включить разъединители Q200, Q201, Q400, Q401 в распредщите.

5. По окончании разряда конденсаторов, когда вольтметр P023 покажет

напряжение < 20 В, следует отключить разъединители Q200, Q201, Q400, Q401 в

распредщите.

6. Включить разъединитель суперконденсатора 1Q04. При наличии на

суперконденсаторе значительного остаточного напряжения выходная шина

выпрямителей и Балластное Устройство будут запитаны, поэтому возможно

автоматическое включение контактора Балластного Устройства K032 и появление

индикации на дисплеях выпрямителей. Блокирующие диоды выпрямителей V015

защищают конденсаторы фильтров от повреждения импульсом зарядного тока

при подключении суперконденсатора.

Далее следует проводить включение согласно процедуре включения системы

без суперконденсаторной батареи.

Включение без суперконденсаторной батареи

ВНИМАНИЕ! Если установка запрограммирована на «Автоматический

пуск» («AUTOSTART»), то она автоматически включается через 60 секунд после

того, как сеть выпрямителя включена и находится в пределах допуска.

Приведенные ниже действия нужно выполнить последовательно на каждом

выпрямителе:

1. Включить сетевое питание выпрямителя (замкнуть вводной выключатель

Q001). Дисплей показывает: «ТИП СИСТЕМЫ SDC». Через 10 секунд текст на

дисплее меняется на: «РЕЖИМ ГОТОВНОСТИ».

2. Включить выпрямитель (если это не произошло автоматически) нажатием

клавиши S1 «Вкл. Систему» на панели управления. Дисплей показывает:

«ПОДЗАРЯД НАГРУЗКА: ...%».

3. Квитировать сигналы тревог, нажимая клавишу «C» до тех пор, пока все

красные светодиоды в панели сигнализации не погаснут.


ВНИМАНИЕ! Перед выполнением нижеописанных действий по

отключению системы убедитесь, что все подключенные к установке потребители

заранее уведомлены об отключении.

Приведенные ниже действия нужно выполнить последовательно на каждом

выпрямителе:

1. Отключите суперконденсатор и/или батарею (если они были подключены)

разъединителями 1Q04, 2Q04.

2. Одновременным нажатием кнопок S1 «Вкл. Систему» и S2 «Откл.»

передней панели отключите выпрямитель. Выпрямитель переходит в режим

готовности, дисплей показывает: «РЕЖИМ ГОТОВНОСТИ»

3. Отключите сетевое питание выпрямителя вводным выключателем Q001.

Через несколько секунд дисплеи погаснут. Установка отключена. Все

красные светодиоды на панели сигнализации гаснут.

4.1.3. Порядок включения и выключения инверторной установки с байпасом

Включение

ВНИМАНИЕ! Если для системы разрешен «Автостарт», то она

автоматически запускается через 60 секунд после того, как сеть инвертора

включена и находится в пределах допуска, при условии, что инвертор получает

сигнал от внешнего выпрямителя (т.е. выпрямитель в норме).

1. Включите питание постоянного тока, включив разъединитель Q500 в

распредщите 2.

ВНИМАНИЕ! Прежде чем включить вводной выключатель Q020

убедитесь, что конденсаторная батарея инверторной установки полностью

заряжена.

2. Зарядите конденсаторную батарею CB02 следующим образом: переведите

переключатель «Заряд/Разряд» S001 в положение «2» (заряд) и держите его в этом

положении, пока не погаснет индикаторный светодиод, затем, не отпуская

переключателя S001, включите вводной выключатель Q020. Дисплей показывает:

«ТИП СИСТЕМЫ: UPS . . . kVA — . . . V». Через 10 секунд изображение

дисплея меняется на: «РЕЖИМ ГОТОВНОСТИ».

3. Нажмите клавишу S1 «Вкл. систему» на лицевой панели. Дисплей

показывает: «НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ НАГРУЗКА: ...%».

4. Убедитесь, что выходное напряжение инвертора находится в пределах

допуска.

5. Включите сетевое питание байпаса, включив выключатель 1Q4 в ЩСН и

Q090 в самом байпасе.

6. Подождите 10 секунд, затем нажимайте клавишу «C», пока не погаснут все

светодиоды на панели индикации тревог.


ВНИМАНИЕ! Убедитесь, что пользователи всех потребителей, питающихся

от инвертора, проинформированы перед выполнением следующих шагов и

отключением установки.

ВНИМАНИЕ! Останов системы следует производить только из нормального

режима работы в следующей последовательности:

1. Отключите питание байпаса, отключив выключатель Q090 в самом

байпасе.

2. Нажмите вместе клавиши S1 «Вкл. Систему» и S2 «Откл.» для

отключения системы. На дисплее появится: «РЕЖИМ ГОТОВНОСТИ».

3. Отключите питание постоянного тока, отключив разъединитель Q500 в

распредщите 2.

4. Отключите вводной выключатель инвертора Q020 и разрядите блок

конденсаторов постоянного тока CB02 посредством переключателя

«Заряд/Разряд» S001: переведите переключатель S001 в положение «1» (разряд) и

держите его в этом положении, пока не погаснет индикаторный светодиод.

Все показания дисплея погаснут. Инверторная установка отключена, все

светодиодные индикаторы гаснут.

4.1.4. Порядок работы с средствами визуализации

Помимо конспекта приведенной информации, отчеты по выполненным

лабораторным работам должны содержать в себе снимки экранов с мнемосхемами

в различных режимах. Для этого необходимо, запустив среду исполнения,

выбрать соответствующую работе мнемосхему и, сделав снимок экрана клавишей

PrtSc (при нажатии снимок копируется в буфер обмена), сохранить его через

любой графический редактор, например Paint или MS Office Picture Manager.

4.2. Лабораторные работы на базе ЩСН

4.2.1. Изучение щита собственных нужд (РУ 0,4 кВ)

Цель работы:

Ознакомление с назначением распределительного устройства, принципами

организации структуры щита собственных нужд, а также изучение применяемого

оборудования.

Задание:

1. Ознакомиться с информацией по щиту собственных нужд и его основным

компонентам.

2. Произвести осмотр стенда и его основных компонентов.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Каково назначение ЩСН?

2. Какие существуют способы резервирования для РУ 0,4 кВ? В чем их

принципиальное отличие?

3. Перечислите основные элементы ЩСН.

4. Назовите типы применяемых в РУ выключателей? В чем их отличия?

5. Какие бывают расцепители? Приведите пример их времятоковых кривых.

4.2.2. Автоматический ввод резерва (АВР) в ЩСН. Принцип работы


Ознакомление с назначением автоматического ввода резерва

распределительного устройства и принципами его работы.

Задание:

1. Ознакомиться с информацией по системе автоматического ввода резерва.

2. Произвести осмотр элементов АВР.

3. На примере изучить принцип действия АВР.

4. Составить отчет на основе изученного материала и снимков экрана.


Методические указания:

Для демонстрации срабатывания АВР необходимо снять напряжение с

одного из вводов щита собственных нужд. Эту манипуляцию должен производить

преподаватель.


1. Каково назначение АВР?

2. Какие существуют блокировки АВР?

3. Перечислите основные элементы системы АВР.

4. Что такое матрица переключений?

5. На примере объясните порядок работы АВР.

4.3. Лабораторные работы на базе СОПТ

4.3.1. Изучение системы ОПТ и инверторной установки с байпасом


Ознакомление с назначением системы оперативного постоянного тока и

инверторной установки с байпасом, принципами организации структуры, а также

изучение основных элементов систем.

Задание:

1. Ознакомиться с информацией по системам и их основным компонентам.

2. Произвести осмотр систем и их основных компонентов.



1. Каково назначение СОПТ и инверторной установки с байпасом?

2. Перечислите основные элементы СОПТ.

3. Перечислите основные элементы инверторной установки.

4. Перечислите основные режимы работы систем.

5. Для чего предназначены вводные шкафы?

6. Для чего предназначены выпрямители?

7. Для чего предназначены батареи?

8. Для чего предназначено балластное устройство?

9. Для чего предназначены шкафы распределения?

10. Для чего предназначен инвертор?

11. Для чего предназначен байпас?

4.3.2. Включение системы ОПТ, нормальный режим


Изучение основных элементов вводного шкафа и выпрямительных

устройств. Изучение порядка включения/выключения системы оперативного

постоянного тока, а также изучение основных параметров нормального режима

функционирования системы.

Задание:

1. Изучить основные элементы вводного шкафа и выпрямительного устройства.

2. Изучить порядок включения/выключения СОПТ и информацию о параметрах

нормального режима СОПТ.

3. Произвести включение системы и зафиксировать нормальный режим.

4. Произвести отключение системы (по требованию преподавателя).




Для обеспечения нормального режима работы системы требуется ввести в

работу щит собственных нужд и систему оперативного постоянного тока (можно

без суперконденсаторной батареи). При включении систем необходимо

руководствоваться разделом 4.1., в котором описан порядок включения систем.

В нормальном режиме параметры системы должны иметь значения,

приведенные в табл. 4.1.

Табл. 4.1.

Параметр Значение

Оба выпрямителя включены на нагрузку Да

Сигналы тревог отсутствуют Да

Батарея подключена Да

Режим заряда Подзаряд

Напряжение подзаряда, В 236,4

Уровень сопротивления изоляции, кОм > 100


1. Опишите основные компоненты вводного шкафа и их назначение.

2. Опишите основные компоненты выпрямительного устройства и их

назначение.

3. Каков порядок включения системы ОПТ?

4. В чем различие в порядках включения системы с и без суперконденсаторной

батареи?

5. Какие параметры характеризуют нормальный режим работы системы?

6. Как рассчитывается напряжение постоянного подзаряда батареи?

7. Каков порядок выключения системы ОПТ?

4.3.3. Распредщиты. Защитные аппараты и контроль изоляции


Изучение основных элементов распределительных шкафов. Изучение

защитных аппаратов, а также изучение устройства контроля уровня изоляции.

Задание:

1. Изучить основные элементы распределительных шкафов.

2. Если требуется, произвести включение системы в нормальный режим.

3. Произвести симуляцию срабатывания защитного аппарата и зафиксировать

режим.

4. Произвести симуляцию пониженного уровня изоляции и зафиксировать

режим.




Для симуляции срабатывания автоматического выключателя в шкафу ШОТ

без создания реального КЗ достаточно переключить любой из автоматических

выключателей из режима «ON» в режим «OFF», дополнительно переключив

рычажок дополнительного контакта (оранжевого цвета), который располагается

слева от аппарата и сигнализирует о его срабатывании от перегрузки или в

следствие КЗ.

Симуляцию пониженного уровня изоляции в системе распределения ОПТ

следует проводить только квалифицированному персоналу. Для этого необходимо

включить в качестве нагрузки сопротивление на одну из контролируемых линий.

Для симуляции предупредительно тревоги сопротивление резистора должно

лежать в пределах 30 – 80 кОм, а для симуляции срабатывания системы поиска

земли необходимо либо изменить уставку ALARM2 на устройстве BENDER A-

ISOMETER на 90 кОм и применить то же сопротивление, либо использовать

сопротивление < 20 кОм. Если применение резистора невозможно, то следует

добиваться сигнала срабатывания, устанавливая значения уставок выше

реального уровня споротивления изоляции.

Для изменения уставок ALARM1 и ALARM2 следует: войти в меню,

нажатием клавиши «MENU », при помощи клавиш «↑» и «↓» выбрать пункт

«3. ISO SETUP» и нажать кнопку «MENU », при помощи клавиш «↑» и «↓»

выбрать уставку, которую вы хотите изменить («2. AL1: …kΩ» или «3. AL2:

…kΩ») и нажать «MENU », при помощи клавиш «↑» и «↓» выбрать необходимое

значение уставки и нажать кнопку «MENU », при помощи клавиш «↑» и «↓»

выбрать пункт «1. EXIT» и нажать кнопку «MENU », при помощи клавиш «↑» и

«↓» выбрать пункт «1. EXIT» и нажать кнопку «MENU ».


1. Опишите основные компоненты распределительных шкафов и их

назначение.

2. Для чего распределение постоянного тока делится на уровни? В чем отличие

распредустройств разных уровней?

3. Приведите основные различия между защитными аппаратами, используемым

в шкафах распределения.

4. Каково предназначение устройства BENDER A-ISOMETER?

5. Опишите принцип работы устройства BENDER A-ISOMETER.

6. Какие способы проверки работоспособности устройства BENDER

A-ISOMETER вы знаете?

7. Как изменяются уставки ALARM1 и ALARM2?

8. В каком случае включается автоматический поиск поврежденного

присоединения?

4.3.4. Автономный режим работы СОПТ от батареи


Изучение назначения суперконденсаторной и аккумуляторной батарей,

понятия времени автономии и способов расчета требуемой емкости батарей.

Изучение назначения блока аварийного освещения и режима автономной работы

системы.

Задание:

1. Изучить назначение суперконденсаторной и аккумуляторной батарей.

2. Изучить назначение блока аварийного освещения.

3. Произвести отключение источников питания переменного тока и

зафиксировать режим.




Требуемая емкость аккумуляторной батареи рассчитывается исходя из

номинальной и максимальной нагрузок автономного режима, а также времени

автономии. Емкость АБ должна быть такой, чтобы она могла обеспечить режим

максимальной нагрузки на короткое время после разряда номинальным током в

течение времени автономии.

Емкость аккумуляторной батареи определяется из условий 10-часового

разряда с постоянной мощностью (или током) при температуре 20 - 25оС до

конечного напряжения 1,8 В на гальванический элемент. Обычно при выборе

батареи пользуются разрядными таблицами или формулами, предоставляемыми

производителями батарей. Такой метод дает самые точные результаты. Для очень

грубой оценки емкости можно воспользоваться методом "ампер-часов"' (т. е.

умножение тока нагрузки на время резерва в часах). Рассмотрим пример:

Требуемое время автономии равно 2 часам, номинальный ток нагрузки на

период автономии равен 80 А, максимальный ток равен 120 А.

Продолжительность максимальной нагрузки примем 5 мин. Исходя из данных,

получаем, что требуемая емкость батареи составляет:

80 А∙2 ч + 120 А∙(5/60) ч = 170 А∙ч.

Для симуляции режима автономии необходимо убедиться, что система

работает с суперконденсаторной батареей достаточное время и батарея заряжена.

Если батарея заряжена, следует отключить (перевести в состояние «OFF»)

автоматические выключатели 1Q1 на каждой секции в щите собственных нужд.

На дисплеях выпрямительных устройств появится сообщение:

«РАБОТА ОТ БАТ. ВРЕМЯ > ... МИН.»

Для срабатывания АВР в блока аварийного освещения необходимо

отключить (перевести в состояние «OFF») автоматический выключатель _Q_ на

секции __ в щите собственных нужд.

После фиксации режима автономии следует перевести систему обратно в

режим подзаряда батареи.

ВНИМАНИЕ! Если установка запрограммирована на «Автоматический

пуск» («AUTOSTART»), то она автоматически включается через 60 секунд после

того, как сеть выпрямителя включена и находится в пределах допуска.


1. Каково назначение батарей? Что такое время автономии?

2. Почему в учебных целях не используется свинцово-кислотная батарея?

3. Каково назначение блока аварийного освещения?

4. Как работает АВР в блоке аварийного освещения?

5. Какие существуют способы расчета требуемой емкости АБ?

6. На примере рассмотрите расчет емкости методом «ампер-часов».

4.3.5. Режим заряда батареи повышенным напряжением


Изучение основных элементов и назначения балластного устройства, а также

режима работы системы во время заряда батареи повышенным напряжением.

Задание:

1. Ознакомиться с информацией о режиме заряда батареи повышенным

напряжением.

2. Изучить назначение балластного устройства.

3. Перевести систему в режим ускоренного заряда и зафиксировать режим.




ВНИМАНИЕ! Перед переводом системы в режим ускоренного заряда

следует отключить батарею суперконденсаторов.

Для смены режима заряда требуется произвести следующие переключения:

Можно выбрать один из трех видов заряда: «Подзаряд», «Заряд» и

«Начальный». Для входа в стек рабочих параметров нажмите клавишу «#», затем

листайте клавишами «↑» и «↓» до появления текста: «УСТАНОВКА РЕЖИМА

ЗАРЯДА: ПОДЗАР.». Если указан требуемый вид заряда, нажмите «#». Если

требуется другой вид заряда, нажимайте клавишу «C» до появления текста:

«УСТАНОВКА РЕЖИМА ЗАРЯДА: ЗАРЯД» (данное обозначение

соответствует ускоренному заряду с напряжением 254,4 В) или «УСТАНОВКА

РЕЖИМА ЗАРЯДА: НАЧАЛЬН». Чтобы подтвердить выбранный вид заряда,

нажмите «#». Дисплей показывает: «ДАННЫЕ ЗАПИСАНЫ».

При повышении напряжения балластное устройство включается в работу

автоматически под управлением ПЛК: контактор К032 размыкается и ток

проходит через балластные диоды V032. После фиксации режима переведите

систему в исходное состояние – режим подзаряда!


1. Для чего система переводится в режим ускоренного заряда?

2. Каково назначение балластного устройства?

3. Назовите основные компоненты балластного устройства и их функции.

4. Как перевести систему в режим ускоренного заряда?

5. Изобразите график изменения выходного напряжения БУ.

4.3.6. Включение инверторной установки и режимы работы байпаса


Изучение основных элементов инвертора и байпаса. Изучение порядка

включения/выключения инверторной установки, а также изучение основных

режимов работы байпаса.

Задание:

1. Изучить основные элементы инвертора и байпаса.

2. Изучить порядок включения/выключения инверторной установки и

информацию о режимах работы байпаса.

3. Произвести включение системы и зафиксировать режим.

4. Произвести переключение режимов байпаса (способ переключения

выбирается преподавателем).




При включении систем необходимо руководствоваться разделом 4.1., в

котором описан порядок включения систем.

При отключении питания на входе инвертора система должна перейти в

режим байпаса автоматически. Для этого необходимо разомкнуть мультиблок

предохранителей Q500 в ЩПТ2. Существует возможность вручную переводить

систему в различные режимы работы байпаса:

1. Переключение с нормального на байпасный режим;

2. Переключение с байпасного на нормальный режим;

3. Переключение на ручной байпас;

4. Переключение с ручного байпаса в нормальный режим.

Рассмотрим все переключения по порядку.

Переключение с нормального на байпасный режим

1. Нажмите клавишу «#», затем «↑» или «↓» до появления на дисплее

«РЕЖИМ БАЙПАС OFF».

2. Для включения байпасного режима нажмите клавишу «1». Если горит

зеленый светодиод «Сеть байпаса в норме» и желтый светодиод

«Синхронизация», то система переключится в байпасный режим, и дисплей

покажет: «РЕЖИМ БАЙПАС».

Теперь нагрузка питается от сети байпаса.

Если во время работы системы в байпасном режиме произойдет сбой сети

байпаса, то система автоматически переключится в нормальный режим, если

источник постоянного тока подключен и имеет напряжение в пределах допуска.

В зависимости от настроек системы, может иметь место кратковременное

пропадание выходного напряжения.

Переключение с байпасного на нормальный режим

1. Нажмите клавишу «#», затем «↑» или «↓» до появления на дисплее

«РЕЖИМ БАЙПАС ON».

2. Нажмите клавишу «0». Система переключится в нормальный режим, и

дисплей покажет: «НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ НАГРУЗКА: …%».

Теперь нагрузка питается от инвертора.

Переключение на ручной байпас

ВНИМАНИЕ! Никогда не поворачивайте ручной переключатель байпаса,

если система находится в нормальном режиме работы!

1. Сначала нужно переключить Систему в байпасный режим с помощью

клавиатуры: нажмите клавишу «#», затем «↑» или «↓» до появления на дисплее

«РЕЖИМ БАЙПАС OFF». Для включения байпасного режима нажмите

клавишу«1». Если горит зеленый светодиод «Сеть байпаса в норме» и желтый

светодиод «Синхронизация», то система переключится в байпасный режим, и

дисплей покажет: «РЕЖИМ БАЙПАС».

2. Перед тем, как перевести ручной переключатель байпаса Q050 в

положение «Тест», убедитесь, что статический переключатель «EN» включен.

Зеленый светодиод «Питание нагрузки через переключатель EN» должен гореть.

Только после этого переведите ручной переключатель байпаса Q050 в положение

«ТЕSТ». Включится зеленый светодиод «Ручной байпас».

3. Отключите инвертор путем одновременного нажатия клавиш S1 «ВКЛ.

систему» и S2 «ОТКЛ.» на панели управления. Система переходит в режим

готовности. Дисплей показывает: «РЕЖИМ ГОТОВНОСТИ».

4. Переведите ручной переключатель байпаса Q050 в положение «Байпас»

горит зеленый светодиод «Ручной байпас».

Теперь нагрузка питается от сети байпаса. В случае сбоя сети байпаса

питание потребителей будет нарушено!

Переключение с ручного байпаса в нормальный режим работы

ВНИМАНИЕ! Данный способ разрешен лишь в том случае, если инвертор

не был отключен от сети постоянного тока. Если же инвертор был отключен, то

следует отключить питание байпаса, перевести переключатель Q050 в положение

«AUTO» и включать систему в штатном порядке.

1. Включите систему нажатием клавиши S1 «Вкл. Систему» на панели

управления. На дисплей должна появиться запись: «НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ

НАГРУЗКА: …%»,

2. Переключите систему в байпасный режим посредством клавиатуры, как

описано выше.

3. Убедитесь, что горит зеленый светодиод «Питание нагрузки через EN», и

дисплей показывает: «РЕЖИМ БАЙПАС».

4. Переведите ручной переключатель байпаса Q050 в положение «AUTO».

5. Переключите систему в нормальный режим работы посредством

клавиатуры (как описано выше).

6. Сбросьте предупредительные сигналы нажатием клавиши «C».

7. Убедитесь, что система работает правильно, предупредительные сигналы

отсутствуют.

Потребители снова питаются от инвертора.


1. Каково назначение инвертора и сетевого байпаса?

2. Назовите основные компоненты системы.

3. Перечислите возможные режимы работы.

4. Опишите порядок действий при включении/выключении системы.

5. Как перевести систему в режим байпаса и обратно?

6. Как перевести систему в режим ручного байпаса и обратно?

Изучение основных элементов инвертора и байпаса. Изучение порядка

включения/выключения инверторной установки, а также изучение основных

режимов работы байпаса.

4.3.7. Мониторинг систем через Network Management Card


Ознакомление с современными способами мониторинга, используя веб-

интерфейс.

Задание:

1. Подключиться к карте Network Management Card.

2. Сделать снимки режимов.



Для подключения к картам нужно убедиться, что карты включены в сеть

ETHERNET, запустить веб-браузер (например, Internet Explorer) и ввести адрес

необходимой карты:

Выпрямитель 1 – http://192.168.1.201;

Выпрямитель 2 – http://192.168.1.202:

Инвертор – http://192.168.1.203.

В окне браузера отобразиться диалоговое окно запроса авторизации (см. рис.

4.1.), где в поле «User name» необходимо ввести «readonly», а в поле «Password»

ввести «gutor».

Рис. 4.1. Запрос авторизации при входе в систему.

Рис. 4.2. Окно отображения состояния системы.

В появившемся окне (см. рис. 4.2.) состояния системы отображаются

основные параметры системы. В верхнем правом углу располагаются

пиктограммы состояния, значения которых представлены на рис. 4.3.

Режим байпаса;

Нормальный режим;

Устройство выключено;

Устройство перегружено;

Батарея в плохом состоянии;

Батарейный режим работы;

На устройстве присутствует сигнал ошибки;

Отсутствует связь с устройством или оно не поддерживается.

Рис. 4.3. Пиктограммы режимов и их значение.


1. Каково назначение устройств NMC?

2. Как следует производить подключение к карте?

3. Какие параметры можно наблюдать через веб-интерфейс?

4. Расскажите какие режимы обозначают пиктограммы в интерфейсе?

5. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ

ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПЫТАНИЙ НА ЛАБОРАТОРНОМ

СТЕНДЕ

Создаваемый лабораторный стенд на базе щита постоянного тока кафедры и

распределительного устройства 0,4 кВ предполагает использование

электроустановок в учебных целях, что связано с повышенной опасностью для

здоровья и жизни студентов и преподавателей.

Основной опасностью является некомпетентность студентов в части правил

техники безопасность при использовании электроустановок. Главной задачей

данного раздела является формирование того базиса знаний, который позволил

бы безопасно проводить исследования и испытания во время учебных занятий на

электроустановках.

5.1. Степень защиты, обеспечиваемая оболочкой

Оболочка - часть, обеспечивающая защиту оборудования от некоторых

внешних воздействий и защиту по всем направлениям от прямых контактов.

Степень защиты - способ защиты, обеспечиваемый оболочкой от доступа к

опасным частям, попадания внешних твердых предметов и (или) воды и

проверяемый стандартными методами испытаний.

Код IP - система кодификации, применяемая для обозначения степеней

защиты, обеспечиваемых оболочкой, от доступа к опасным частям, попадания

внешних твердых предметов, воды, а также для предоставления дополнительной

информации, связанной с такой защитой. /6/

Распределительные устройства, установленные в помещениях, доступных

для неквалифицированного персонала, должны иметь токоведущие части,

закрытые сплошными ограждениями, либо должны быть выполнены со степенью

защиты не менее IP2X. В случае применения РУ с открытыми токоведущими

частями оно должно быть ограждено и оборудовано местным освещением. При

этом ограждение должно быть сетчатым, сплошным или смешанным высотой не

менее 1,7 м. Дверцы входа за ограждение должны запираться на ключ. /7/

Степень защиты оболочки электроустановки соответствует IP31 при

закрытых дверях и IP20 – при открытых. Организация безопасной работы

подразумевает под собой защиту от:

контакта с токоведущими опасными частями, находящимися под

низким напряжением;

контакта с опасными механическими частями;

сближения с опасными токоведущими частями, находящимися под

высоким напряжением, на расстояние меньше достаточного воздушного

промежутка внутри оболочки.

Состав кода IP

IP 2 3 C H

Буквы кода (Международная защита)

(International Protection)

Первая характеристическая цифра

(цифры от 0 до 6 либо буква Х)

Вторая характеристическая цифра

(цифры от 0 до 8 либо буква Х)

Дополнительная буква (при

необходимости) (буквы А, В, C, D)

Вспомогательная буква (при

необходимости) (H, M, S)

Краткое описание элементов кода IP приведено в табл. 1. Описание степеней

защиты приведено в разделах ГОСТ 14254-96, указанных в последнем столбце

табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Элемент

Цифры

или

буквы

Значение для защиты

оборудования

Значение для

защиты людей Ссылка

Буквы кода IP

Первая характеристическая

цифра

От проникновения

внешних твердых

предметов:

От доступа к

опасным частям:

Раздел 5

0 нет защиты нет защиты

1 диаметром 50 мм тыльной стороной

руки

2 диаметром 12,5 мм пальцем

3 диаметром 2,5 мм инструментом

4 диаметром 1,0 мм проволокой

5 пылезащищенное проволокой

6 пыленепроницаемое проволокой

Вторая характеристическая

цифра

От вредного

воздействия в

результате

проникновения воды:

Раздел 6

0 нет защиты

1 вертикальное

каплепадение

2 каплепадение

(номинальный

угол 15)

3 дождевание

4 сплошное

обрызгивание

5 действие струи

6 сильное действие струи

7 временное

непродолжительное

погружение

8 длительное погружение

Дополнительная буква

(при необходимости)

От доступа к

опасным частям:

Раздел 7

A тыльной стороной

руки

B пальцем

C инструментом

D проволокой

Вспомогательная буква

(при необходимости)

Вспомогательная

информация,

относящаяся к:

Раздел 8

H высоковольтным

аппаратам

M состоянию движения во

время испытаний

защиты от воды

S состоянию

неподвижности во

время испытаний

защиты от воды

Таким образом, при закрытых дверях представленное оборудование

защищено от проникновения деталей диаметром более 2,5 мм и вертикального

каплепадения, при открытых – лишь от твердых предметов диаметром более 12,5

мм. При условии, что оболочка не будет подвержена изменению, она обеспечит

защиту человека, не использующего предметов диаметром менее 12,5 мм, от

доступа к опасным частям во время проведения испытаний или исследований при

открытых дверях.

5.2. Предупреждающие знаки, надписи и обозначения

На элементах электроустановок и в «Руководстве по эксплуатации» имеются

предупреждающие знаки (см. рис. 5.1.), обозначающие следующее:

Danger (Опасность!)

В случае:

Возможные последствия:

непосредственно грозящей опасности.

смерть или тяжкие телесные повреждения.

Warning (Осторожно! Высокое напряжение!)

В случае:


вероятной опасной ситуации.

смерть или тяжкие телесные повреждения.

Caution (Внимание!)

В случае:


возможной опасности.

легкие телесные повреждения, возможны

повреждения материальных ценностей.

Notice (Указание)

В случае:


возможных опасных ситуаций.

установка или предметы, находящиеся в

непосредственной близости от нее, могут

быть повреждены.

Important (Полезный совет)

В случае:


полезная информация.

не несет указания об опасной ситуации.

Рис. 5.1. Предупреждающие знаки и их расшифровка.

5.3. Возможные источники опасности и меры предосторожности

Нижеследующие указания служат для личной безопасности работающего

персонала, направлены на сохранение электроустановки и всех подключенных к

нему потребителей.

Несоблюдение может стать причиной смертельного случая, тяжких телесных

повреждений или нанести большой материальный ущерб.

Перед проведением работ по монтажу или демонтажу, а также во

время смены предохранителей или работ внутри установки отсоединить

питающее напряжение и аккумуляторы.

Придерживайтесь действующих предписаний по предупреждению

несчастных случаев на производстве и мер по технике безопасности.

Перед наладочными работами сверить соответствие номинального

напряжения установки с местным напряжением сети.

Все установки должны быть снабжены устройствами аварийного

отключения.

Срабатывание устройства аварийного отключения должно

предотвращать любые последующие неконтролируемые операции.

Токопроводящие элементы должны быть закрыты кожухом!

После окончания монтажа необходимо проверить надежность

заземления! /2/

5.4. Порядок проведения переключений во время лабораторных работ

Обязательно должно быть организовано обучение, проверка знаний,

инструктаж персонала в соответствии с требованиями государственных

стандартов, правил безопасности труда и местных инструкций. Проверка знаний

должна проводиться перед каждой лабораторной работой, требующей работы

непосредственно с электроустановкой.

О проведении первичного инструктажа на рабочем месте, повторного,

внепланового, проводивший инструктаж, делает запись в журнале регистрации

инструктажей на рабочем месте и (или) в личной карточке с обязательной

подписью инструктируемого и инструктирующего. При регистрации

внепланового инструктажа указывают причину его проведения.

На рабочих местах должны быть аптечки или сумки первой помощи с

набором медикаментов. Запас медикаментов с учетом сроков годности должен

постоянно возобновляться. Электроустановки должны быть укомплектованы

первичными средствами пожаротушения. /8/

Симуляция режимов системы оперативного постоянного тока и щита

собственных нужд связана с переключениями в силовых цепях этих устройств.

Переключения в электрических схемам распределительных устройств

подстанций, щитов и сборок осуществляются по распоряжению или с ведома

вышестоящего персонала, в оперативном управлении или ведении которого

находится данное оборудование.

Сложные переключения, а также все переключения (кроме одиночных) на

электроустановках, не оборудованных блокировочными устройствами или

имеющих неисправные блокировочные устройства, должны выполняться по

программам, бланкам переключений (методическим указаниям к лабораторным

работам).

К сложным относятся переключения, требующие строгой

последовательности операций с коммутационными аппаратами, заземляющими

разъединителями и устройствами релейной защиты, противоаварийной и

режимной автоматики. Сложные переключения должны выполнять, как правило,

два работника, из которых один является контролирующим. /8/

5.5. Требования к техническому обслуживанию

Ввиду работы установки на ответственного потребителя и с целью

обеспечения безопасного и надѐжного функционирования оборудования

необходимо проводить проверки и планово-предупредительные работы. /2/

Каждый месяц необходимо проверять:

выходное напряжение постоянного тока при помощи измерительных

приборов;

выходной ток при помощи измерительных инструментов;

инидкации сигналов тревог и рабочих состояний; для этого нажать

клавишу S3 "LAMP TEST" «Контроль ламп».

Каждый месяц необходимо записывать все появляющиеся сигналы тревог и

ошибочные рабочие состояния. Затем погасить все сигналы тревог клавишей «С»

и удостовериться, что система работает правильно и в индикации тревог нет

новых световых сигналов.

Один раз в полгода нужно выполнять следующие проверки:

Проводить ежемесячные проверки как описано выше.

Ознакомьтесь со списком событий и проанализируйте его. В случае

возникновения необъяснимых событий, свяжитесь с отделом сервисной

поддержки.

Подготовку к ежегодной ревизии провести в зависимости от результатов

выполненного анализа.

Каждый год следует проводить ежемесячные проверки, как описано выше.

Следует проверять все соединения! на прочность. Проверять все винты и

гайки на установке (только в обесточенном состоянии — система изолирована).

Если установка сильно загрязнена - очистить от пыли и грязи.

Не допустимо применение чистящих жидкостей — пользуйтесь только

пылесосом!

В отношении ежегодной ревизии всегда следует руководствоваться

рекомендациям Поставщика. Также обязательно проведение функциональной

проверки всей установки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках дипломной работы была разработана микропроцессорная система

мониторинга, позволяющая в он-лайн режиме наблюдать за изменением режимов

работы низковольтных электроустановок – распределительного устройства 0,4 кВ

и системы оперативного постоянного тока с инверторной установкой и сетевым

байпасом.

Благодаря функции ведения протокола созданная система позволяет

пошагово следить за каждым изменением в системе, что, в свою очередь,

позволяет студенту детально отслеживать реакцию системы на те или иные

воздействия или изменения режимов.

Отдельные разделы дипломной работы были посвящены адаптированному

описанию распределительного устройства 0,4 кВ и системы оперативного

постоянного тока с инверторной установкой и сетевым байпасом. В этих разделах

обозначены основные функции систем и описаны их основные элементы. Дана

характеристика основным режимам эксплуатации. Пошагово описан порядок

включения и выключения исследуемых систем, что позволит студентам без

лишних трудностей выполнять эти манипуляции.

На основе изученных материалов, разработаны методические указания к

лабораторным работам, предлагаемым к проведению в рамках обучения,

связанного с низковольтным оборудованием. Сформулированы цели этих работ,

даны четкие последовательности действий, необходимых для симуляции тех или

иных режимов, сформулированы контрольные вопросы для проверки знаний

студентов по пройденному разделу.

Внедрение созданной микропроцессорной системы мониторинга в связке с

предлагаемыми лабораторными работами должно положительно повлиять на

повышение уровня учебного процесса и повышение уровня знаний студентов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Трофимов А.В. Вторичные цепи электроустановок и современные системы

управления на базе микропроцессорных программно-технических комплексов.

2. Руководство по эксплуатации системы питания постоянного тока типа SDC

220-50-R. Швейцария, Веттинген, GUTOR Electronic LLC, 2007.

3. Руководство по эксплуатации источника бесперебойного питания

(инверторной установки) с сетевым байпасом типа WDW 3010-220/380-EAN.

Швейцария, Веттинген, GUTOR Electronic LLC, 2007.

4. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и

подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного

проектирования: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Жарков В.А. Visual C# 2008 в учебе, науке и технике. М.: Жарков Пресс, 2008.

6. ГОСТ 14254-96. Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP).

7. Правила устройства Электроустановок. – 7-ое изд.

8. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

9. СО 153-34.20.122-2006. Нормы технологического проектирования подстанций

переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Перечни сигналов от систем ЩСН, СОПТ и инверторной установки с байпасом

Таблица П1.1.

№ Наименование сигнала Описание Тип Клеммник /

реле Клеммы

Шкаф 1 секции (основного ввода 1)

1 Нет напряжения на вводе 1 Нет напряжения на вводе 1, или оно находится за

допустимыми пределами. Д 1К7 25, 26, 28

2 Управляющая команда ввода 1Q1

Команда от системы АВР, включающая или

выключающая автомат на вводе 1:

включение/выключение. Д 2К5 21, 22, 24

3 Управляющая команда

секционного выключателя 3Q1


выключающая секционный автомат 1:


4 Состояние фидерного автомата

1Q1

Состояние автомата: включен/выключен. Д Х5 1, 2, 3


1Q4



1Q7


7

Сработал расцепитель одного или

нескольких автоматов 1Q1, 1Q4,

1Q7 отходящих линий

Сработал расцепитель одного или нескольких

автоматов 1Q1, 1Q4, 1Q7 отходящих линий.

Данный сигнал дублируется лампами на шкафе.

Д 2К7 21, 22, 24

Шкаф 3 секции (резервного ввода)

8 Нет напряжения на аварийном

вводе

Нет напряжения на резервном вводе, или оно

находится за допустимыми пределами. Д 1К7 25, 26, 28


плата Клеммы



выключающая автомат на резервном вводе:



1Q1



1Q4



1Q7



2Q1


14

Сработал расцепитель одного или

нескольких автоматов 1Q1, 1Q4,

1Q7, 2Q1 отходящих линий

Сработал расцепитель одного или нескольких

автоматов 1Q1, 1Q4, 1Q7, 2Q1 отходящих линий.

Данный сигнал дублируется лампами на шкафе.

Д 4К1 21, 22, 24

Шкаф 2 секции (основного ввода 2)

15 Нет напряжения на вводе 2 Нет напряжения на вводе 2, или оно находится за

допустимыми пределами. Д 1К7 25, 26, 28



выключающая автомат на вводе 2:


17 Управляющая команда

секционного выключателя 3Q1


выключающая секционный автомат 2:



1Q1


19 Сработал расцепитель автомата

1Q1 отходящей линии

Сработал расцепитель автомата 1Q1 отходящей

линии. Данный сигнал дублируется лампами на

шкафе.

Д 3К3 21, 22, 24

Таблица П1.2.



Выпрямитель 1

1 Выпрямитель включен Выпрямитель включен. На тиристоры подаются

управляющие импульсы. Д А077 011, 012, 014

2 Ускоренный заряд включен Режим ускоренного или первичного заряда

запущен автоматически или вручную. Д А077 021, 022, 024

3 Сбой сети выпрямителя

Этот сигнал включается, если частота или

напряжение сетевого ввода выпрямителя (хотя

бы одной фазы) вышли за пределы допуска, либо

чередование фаз входного напряжения

неправильное.

Д А077 031, 032, 034

4 Постоянное напряжение вне

допуска

Постоянное напряжение находится вне пределов

допуска "Низкое постоянное напряжение -

предупреждение" или "Высокое постоянное

напряжение – предупреждение―.

Д А077 041, 042, 044

5 Батарея отсоединена

Батарея отсоединена от системы, сработал

предохранитель или отключен (вручную или

защитой) выключатель. Д А077 051, 052, 054

6 Батарея разряжена Напряжение батареи упало ниже уставки «Low

DC Warning/Low DC Vaux Warning». Д А077 061, 062, 064

7 Сгорел предохранитель цепи

постоянного тока

Сработал предохранитель на выходе

выпрямителя F026. Д А077 071, 072, 074

8 Перегрев

Сработал термодатчик одного из следующих

узлов:

Д А077 081, 082, 084 · выпрямительный мост;

· трансформатор выпрямителя;

· блокирующий диод;

· дроссель постоянного тока.



9 Сбой внутреннего источника

питания

Одно из напряжений питания электроники (+5В,

±12В) вне допуска, или отсутствует напряжение

на входе одного из источников питания (сеть

выпрямителя или постоянное напряжение).

Д А077 101, 102, 104

10 Перегрузка по току выпрямителя Выходной ток выпрямителя превысил уставку

ограничения. Д А077 114, 112, 114

11 Тревога ЩПТ1

Перегорел один или несколько силовых

предохранителей, установленных в ЩПТ 1, или

сработал один или несколько автоматов защиты

блока аварийного освещения (БАО).

Д А077 131, 132, 134

12 Тревога ЩПТ2 Перегорел один или несколько силовых

предохранителей, установленных в ЩПТ 2. Д А077 141, 142, 444

13 Тревога ШОТ Сработал один или несколько автоматов,

установленных в ШОТ. Д А077 151, 152, 154

14 Выход отключен

Выход выпрямителя отсоединен от

аккумулятора, так как разъединитель на выходе

выпрямителя Q003 разомкнут. Д А077 161, 162, 164

Выпрямитель 2

15 Выпрямитель включен Выпрямитель включен. На тиристоры подаются

управляющие импульсы. Д А077 011, 012, 014

16 Ускоренный заряд включен Режим ускоренного или первичного заряда

запущен автоматически или вручную. Д А077 021, 022, 024

17 Сбой сети выпрямителя

Этот сигнал включается, если частота или

напряжение сетевого ввода выпрямителя (хотя

бы одной фазы) вышли за пределы допуска, либо

чередование фаз входного напряжения

неправильное.

Д А077 031, 032, 034




допуска

Постоянное напряжение находится вне пределов

допуска "Низкое постоянное напряжение -

предупреждение" или "Высокое постоянное

напряжение – предупреждение―.

Д А077 041, 042, 044

19 Батарея отсоединена

Батарея отсоединена от системы, сработал

предохранитель или отключен (вручную или

защитой) выключатель. Д А077 051, 052, 054

20 Батарея разряжена Напряжение батареи упало ниже уставки «Low

DC Warning/Low DC Vaux Warning». Д А077 061, 062, 064

21 Сгорел предохранитель цепи


Сработал предохранитель на выходе

выпрямителя F026. Д А077 071, 072, 074

22 Перегрев

Сработал термодатчик одного из следующих

узлов:

Д А077 081, 082, 084 · выпрямительный мост;

· трансформатор выпрямителя;

· блокирующий диод;

· дроссель постоянного тока.

23 Сбой внутреннего источника

питания


±12В) вне допуска, или отсутствует напряжение

на входе одного из источников питания (сеть

выпрямителя или постоянное напряжение).

Д А077 101, 102, 104

24 Перегрузка по току выпрямителя Выходной ток выпрямителя превысил уставку

ограничения. Д А077 114, 112, 114

25 Тревога ЩПТ1

Перегорел один или несколько силовых

предохранителей, установленных в ЩПТ 1, или

сработал один или несколько автоматов защиты

блока аварийного освещения (БАО).

Д А077 131, 132, 134



26 Тревога ЩПТ2 Перегорел один или несколько силовых

предохранителей, установленных в ЩПТ 2. Д А077 141, 142, 444

27 Тревога ШОТ Сработал один или несколько автоматов,

установленных в ШОТ. Д А077 151, 152, 154

28 Выход отключен

Выход выпрямителя отсоединен от

аккумулятора, так как разъединитель на выходе

выпрямителя Q003 разомкнут. Д А077 161, 162, 164

Шкаф ввода СОПТ

29 Выходной ток Значение выходного тока Балластного

Устройства, преобразованное в сигнал 4-20 мА.

4..20

мА Х041 1, 2

30 Выходное напряжение Значение выходного напряжения Балластного

Устройства, преобразованное в сигнал 4-20 мА.

4..20

мА Х041 3, 4

31 Выходной ток

Значение выходного тока Балластного

Устройства снятое с шунта в виде

потенциального сигнала.

100 А,

60 мВ Х043 1, 2

32 Выходное напряжение Значение выходного тока Балластного

Устройства в виде потенциального сигнала.

0..300

В Х043 3, 4

Балластное устройство

55 Положение шунтирующего

контактора

Положение шунтирующего контактора

сигнализирует о вкюченном/выключенном

состоянии Балластного Устройства.

Д (НО) К032 13, 14

Распредщит 1 (ЩПТ1) - Блок Аварийного Освещения

56 Питание от аварийного

освещения от ЩПТ

Положение контактора сигнализирует о

выбранном источнике питания: замкнут - ЩПТ,

разомкну - ЩСН.

Д К111 5, 6

Распредщит 2 (ЩПТ2)

33 Предупреждение УКИ Сигнал понижения уровня изоляции до ALARM1

на устройстве BENDER. Д Х601 1, 2, 3



34 Тревога УКИ Сигнал понижения уровня изоляции до ALARM2

на устройстве BENDER. Д Х601 4, 5, 6

35 Уровень сопротивления изоляции Значение уровеня сопротивления изоляции сети,

измеренное устройством BENDER.

4..20

мА Х601 7, 8

Инвертор


допуска

Инвертор отключился, т.к. постоянное

напряжение вышло за пределы диапазона

уставок «DC low - shut-down» - «DC high - shut-

down» («Низкое постоянное напряжение –

отключение» - «Высокое постоянное напряжение

– отключение»)

Д А077 021, 022, 024

37 Низкое напряжение цепи


Напряжение батареи упало ниже уставки «Low

DC warning» («Низкое постоянное напряжение -

предупреждение»). Д А077 041, 042, 044

38 Сгорел предохранитель

инвертора

Сработал один или несколько предохранителей

инвертора, либо разомкнут выключатель на

входе инвертора (при его наличии). Д А077 061, 062, 064

39 Сбой сети байпаса

Напряжение или частота питания байпаса,

замеренные на входе статического

переключателя EN, находятся вне допуска. Д А077 071, 072, 074

40 Перегрев

Следующие узлы имеют термодатчики:

Д А077 081, 082, 084

· силовые модули инвертора;

· трансформатор инвертора;

· дроссель переменного тока;

· статический переключатель EN;

· статический переключатель EA.

41 Отказ вентилятора Отказ одного или нескольких вентиляторов. Д А077 091, 092, 094



42 Отказ источника


±12В, +20В) вне допуска, или отсутствует

напряжение на входе одного из источников

питания (сеть байпаса, постоянное напряжение).

Д А077 101, 102, 104

43 Сработал автомат в РЩ

Один из автоматических выключателей

Q101...Q104 распредустройства (РУ),

распредщита (РЩ) отключен расцепителем из-за

перегрузки или КЗ в отходящей линии.

Д А077 131, 132, 134

44 Переключатель ЕА блокирован

Статический переключатель EA со стороны

инвертора блокирован в следующих случаях: Д А078 011, 012, 014

напряжение инвертора вне допуска;

перегрев статического переключателя EA.

45 Переключатель EN блокирован

Статический переключатель EN со стороны сети

байпаса блокирован в следующих случаях:

Д А078 021, 022, 024 напряжение питания байпаса вне допуска;

частота сети байпаса вне допуска;

перегрев статического переключателя EN.

46 Включен ручной байпас

Ручной переключатель байпаса в положении

«Байпас» («Тест» или «Байпас», если

используется 3-позиционный переключатель

байпаса).

Д А078 031, 032, 034

47 Нет синхронизации Выходное напряжение инвертора не

синхронизировано с сетью байпаса. Д А078 041, 042, 044

48 Перегрузка инвертора/ байпаса Перегрузка инвертора или байпаса (ток нагрузки

> 100% номинального). Д А078 051, 052, 054

49 Отказ инвертора

Этот сигнал включается при перегреве силовых

модулей инвертора, или если выходное

напряжение инвертора выходит за пределы

допуска при отсутствии перегрузки инвертора.

Д А078 061, 062, 064



50 EN включен Статический переключатель EN замкнут,

нагрузка питается от источника байпаса Д А078 101, 102, 104

51 EА включен Статический переключатель EA замкнут,

нагрузка питается от инвертора. Д А078 111, 112, 114

52 Инвертор включен

Инвертор включен. На силовые модули подаются

управляющие сигналы. Однако это не означает,

что инвертор работает нормально.

Д А078 121, 122, 124

53 Общий предупредительный

сигнал

Если активен один или несколько сигналов

тревог, описанных выше, по истечении заданной

выдержки времени, срабатывает реле общего

предительного сигнала.

Д А025 11, 12, 14

54 Работа от батареи Внешний выпрямитель не работает. Инвертор

питается от батареи. Д А025 31, 32, 34


Проект сбора сигналов


Скрипт привязки переменных для среды визуализации

Функция преобразования (на вход подается целое, на выходе массив булевых)

public bool[] Int2Bools(int num)

{

bool[] result = new bool[5] { false, false, false, false, false };

for (int i = 3; i >= 0; i--)

{

if ((num & (1 << i)) != 0)

result[i+1] = true;

else

result[i+1] = false;

}

return result;

}

Данный скрипт осуществляет связь между переменными, полученными с ОРС-

сервера, и переменными среды визуализации. При помощи функции Int2Bools

создаем массивы для каждого модуля дискретных входов на основе

соответствуещего тэга.

Номер входа в массиве >> 01-02-03-04

bool[] A1_02 = Int2Bools(WAGO_DI_001); // 01-02-03-04












// 1. Привязка реле напряжения ЩСН

Relay_B1 = A1_09[2];

Relay_B2 = A1_12[4];

Relay_B3 = A1_11[1];

// 2. Привязка вводных и секционных выключателей ЩСН

CB_B1_1Q1 = A1_09[3];

CB_B1_3Q1 = A1_09[4];

CB_B2_1Q1 = A1_13[1];

CB_B2_3Q1 = A1_13[2];

CB_B3_1Q1 = A1_11[2];

// 3. Привязка распределительных выключателей ЩСН

CB_P1_1Q1 = A1_10[1];

CB_P1_1Q4 = A1_10[2];

CB_P1_1Q7 = A1_10[3];

CB_P2_1Q1 = A1_13[3];

CB_P3_1Q1 = A1_11[3];

CB_P3_1Q4 = A1_11[4];

CB_P3_1Q7 = A1_12[1];

CB_P3_2Q1 = A1_12[2];

// 4. Привязка сигнала тревоги (срабатывания АВ)

WARN_B1 = A1_10[4];

WARN_B2 = A1_13[4];

WARN_B3 = A1_12[3];

// 5. Привязка выпрямителей

RELAY_SDC1 = !A1_02[3];

RELAY_SDC2 = !A1_05[3];

SDC1_S = A1_02[1];

SDC1_C = A1_02[2];

SDC1_Q = A1_04[2];

SDC2_S = A1_05[1];

SDC2_C = A1_05[2];

SDC2_Q = A1_05[4];

RELAY_VDC = !A1_02[4];

BAT_CB = !A1_03[1];

BAT_LOW = !A1_03[2];

// 6. Сигналы тревоги РАСПРЕДЩИТОВ

WARN_DISTR1 = !A1_03[3];

WARN_DISTR2 = !A1_03[4];

WARN_SUBDISTR = !A1_04[1];

// 7. Привязка БУ

DROPPER = !A1_06[1];

// 8. Привязка измерений

Voltage = WAGO_AI_003*300/32767;

Current = WAGO_AI_001*100/32767;

Isolation = (120*32767/WAGO_AI_004)-120;

Iso_Al1 = A1_04[3];

Iso_Al2 = A1_04[4];

// 9. Привязка БАО

CB_DC = A1_06[2];

CB_AC = !CB_DC;

// 10. Привязка инвертора

Inv_state = A1_08[3];

Inv_onbat = A1_09[1];

Inv_nosinc = A1_07[4];

// 11. Привязка статических выключателей

EA_State = A1_08[2];

EA_Block = A1_07[1];

EN_State = A1_08[1];

EN_Block = A1_07[2];

// 12. Привязка тревог инверторной установки

UPS_Alarm = !A1_08[4];

UPS_DISTR_Alarm = !A1_06[4];

BP_INPUT_RELAY = !A1_06[3];

// 13. Привязка переключателя байпаса

BP_State = A1_07[3];

development of student laboratory in mpei (tu) based on ac lvds and dc ups systems by gutor...

Education