Системы электропитания

Производитель

Инновационная компания ООО «Большие системы» была основана в 2008 году в г. Екатеринбурге, как авторизованный интегратор и поставщик РОСАТОМА в сфере автоматизации технологических процессов и электропитания.

ООО «Большие системы» создано для внедрения уникальных разработок «закрытых» атомных предприятий в других отраслях промышленности. Начав с небольших строительно-монтажных работ, компания стала крупным разработчиком и интегратором инновационных решений на предприятиях атомной, нефтегазовой, металлургической отрасли и энергетики в Уральском регионе и Сибири.

Одним из направлений компании ООО «Большие системы» является разработка и производство автоматизированных систем электроснабжения периметральной охранной сигнализации и видеонаблюдения на электрических подстанциях.

Задача

На реконструируемой подстанции «Верхнеказымская» напряжением 110 кВ происходила замена имеющегося оборудования, при этом важным требованием заказчика было оставить неизменными планировку и размеры помещения. Также заказчиком было составлено техническое задание, в соответствии с которым необходимо организовать бесперебойное питание датчиков периметральной охранной сигнализации, при этом время поддержания нагрузки должно составлять не менее 24 ч. Большое время поддержания необходимо потому, что система оперативного постоянного тока на подстанции не рассчитана на такое большое время поддержания питания периметральной охранной сигнализации, а время приезда ремонтной бригады на эту удалённую и необслуживаемую подстанцию может достигать многих часов.

Большинство типовых решений по реализации бесперебойного питания предлагают размещение внутристанционного оборудования в шкафах, предусматривающих двухстороннее обслуживание. Обеспечить такое обслуживание при сохраняющейся планировке помещений на ряде подстанций, в том числе и «Верхнеказымской», невозможно. Электроснабжение периметральной охранной сигнализации на реконструируемой подстанции потребовало создание отдельной подсистемы бесперебойного питания с напряжением постоянного тока 24 В и силой до 20 А, временем поддержания не менее 24 ч и обеспечением одностороннего обслуживания шкафов питания периметральной охранной сигнализации.

Решение

В подсистеме бесперебойного питания для электроснабжения периметральной охранной сигнализации были выбраны технические решения. Источники питания QUINT-PS и QUINT-UPS обеспечивают систему электропитания напряжением постоянного тока 24 В, а для накопления необходимого количества энергии применены батареи UPS-BAT ёмкостью 38 А·ч.

В нормальном режиме работы шкаф питается от одной из двух однофазных сетей ~220 В, для чего на входе шкафа собрана схема автоматического ввода резервного питания АВР. Схема АВР по сигналам с реле контроля напряжения подаёт питание на оборудование шкафа от основной или резервной сети. Особенностью схемы шкафа является параллельная работа двух плеч, каждое из которых состоит из источника бесперебойного питания (ИБП) и группы аккумуляторных батарей (АКБ). Параллельная работа источников бесперебойного питания обеспечивается блоком резервирования (БР) типа QUINT-ORING. Блоки QUINT-ORING построены с использованием мощных полевых транзисторов и схемы управления этими транзисторами. Такая реализация схемы параллельной работы двух источников напряжения постоянного тока на один выход имеет существенное преимущество перед классической диодной, а именно: в случае равенства выходных напряжений двух резервируемых источников, регулируемые полевые транзисторы оказываются полностью открытыми и выделяемая на них в виде тепла мощность будет мала, так как сопротивление канала открытого полевого транзистора лежит в диапазоне сотых и тысячных долей Ома.

Выходная мощность каждого плеча схемы рассчитана на питание потребителей при 100 % нагрузке в течение 12 часов, то есть при одновременной работе двух плеч каждое плечо будет загружено на 50 %, а суммарное время поддержания нагрузки превысит 24 часа. Кроме того, применение двух источников бесперебойного питания помимо снижения вдвое выходного тока нагрузки через каждый источник, вдвое сокращает время заряда аккумуляторов.

Ещё одной особенностью применённого оборудования является большой срок службы аккумуляторных батарей UPS-BAT ёмкостью 38 А·ч, который по данным изготовителя достигает 12 лет. Такой большой ресурс достигается применением качественных аккумуляторов и технологией IQ в источниках бесперебойного питания QUINT-UPS. Каждый аккумулятор оснащен контроллером, который передает всю информацию о состоянии аккумулятора в ИБП. В свою очередь, ИБП обеспечивает оптимальные для аккумулятора режимы заряда и разряда, а также определяет уровень заряда, рассчитывает время автономной работы в зависимости от тока нагрузки, прогнозирует оставшийся срок службы и ресурс аккумулятора. Информация о состоянии аккумуляторов может быть прочитана из источника бесперебойного питания с помощью поставляемого вместе с ним специального программного обеспечения «UPS CONF». Каждый аккумулятор защищён плавкой вставкой.

Аккумуляторы размещаются на внутренних боковых сторонах шкафа в специальных корзинах. Масса каждого аккумулятора составляет 26 кг, что в совокупности с удобным доступом к нему делает возможным снятие и установку аккумулятора силами одного человека. Селективность защиты нагрузок, подключенных к шкафу, обеспечивается автоматическими выключателями и плавкими вставками. Высокое качество собранной схемы обеспечивается также за счёт применения качественных клемм, реле и монтажных аксессуаров производства компании.

Преимущество данного решения

На реконструированной подстанции нефтегазового предприятия применяются исключительно надежные и высококачественные компоненты. Решающими факторами для применения оборудования является не только соотношение «цена - качество» предлагаемых решений, но и наличие необходимых сертификатов, а также гарантированная высококвалифицированная поддержка и надежность поставок.

Благодаря использованию источников питания QUINT-PS, QUINT-UPS и батарей UPS-BAT, удалось обеспечить стабильную работу и надежный запуск ёмкостных нагрузок. Крепление АКБ на вибростойкой BATTERY MOUNTING CASE позволяет обеспечить одностороннее обслуживание всего оборудования в шкафу, в том числе и аккумуляторов.

Перечень используемого оборудования

• Интегратор: ООО НПП «ЭКРА»

Интегратор

ООО НПП «ЭКРА» - научно-производственное предприятие, с 1991 года осуществляющее проектирование, разработку и внедрение современных устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), низковольтных комплектных устройств (НКУ), систем плавного пуска и различного рода автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Проект

В последние годы возрастает вероятность возникновения системных аварий в энергосистеме, что связано с увеличением количества связей между энергосистемами, а соответственно взаимозависимости, высоким износом энергетического оборудования и ошибками персонала при локализации и ликвидации таких аварий.

Комплекс АВСН-Т совместно с комплексом АВСН-Э и входит в состав системы АВСН, обеспечивающей выделение Омской ТЭЦ-4 на сбалансированный энергорайон при дефиците мощностей в Омском регионе и возникновении системных аварий.

Работа комплекса АВСН-Т направлена на минимизацию отклонений давления в главном паропроводе станции во время выделения ее вместе с тупиковыми нагрузками из энергосистемы. Большие отклонения давления в главном паропроводе могут привести к несанкционированному отключению парогенерирующих мощностей и, как следствие, к потере собственных нужд и полному останову станции.

АВСН-Т во время своей работы решает три задачи:

• групповое управление ПТК автоматизированного котлового оборудования (4 автоматизированных котла);
• управление работой импульсных предохранительных клапанов (ИПК) автоматизированных и неавтоматизированных котлов (всего 9);
• управление работой специальной быстродействующей редукционно-охладительной установки (БРОУ).

Структурная схема комплекса:

В системе управления применен процессорный модуль ILC 170 ETH 2TX серии Inline с Ethernetинтерфейсом. Ввод/вывод сигналов осуществляется модулями дискретного ввода IB IL 24 DI 32/HDPAC (1 шт), дискретного вывода IB IL 24 DO 32/HD-PAC (2 шт) и аналогового ввода IB IL AI 4/EF-PAC (9 шт). Связь со смежными программно-техническими комплексами осуществляется по протоколу Modbus RTU и выполнена с помощью модулей IB IL RS 485/422-(PRO)-PAC (5 шт). Дополнительно для питания модулей применен модуль питания IB IL 24 PWR IN/RPAC (1 шт).

Разработка программного обеспечения ПЛК выполнена на языках МЭК 61131-3 в среде PCWorX. Для управления работой комплекса, отображения информации и ввода уставок используется сенсорная 10” панель оператора TP 10T. Разработка проекта визуализации выполнена в среде Visu+.

Питание ПЛК и панели оператора осуществляется источником питания QUINT-PS/1AC/24DC/5. Преобразование уровней сигналов входных приемных цепей и выходных цепей управления осуществляется промежуточными реле PLC-RSC-230UC/1AU/SEN и PLC-RSC- 24DC/21 соответственно. Цепи приема аналоговых сигналов 4-20 мА снабжены защитным стабилитроном, дополнительно установленным в проходную клемму.

В шкафу применены пружинные клеммники различной конструкции. Так, подключение подводящих цепей выполняется на клеммники с ножевыми размыкателями, что позволяет оперативно разрывать цепи при выведении шкафа из работы для проведения технического обслуживания.

Механизм резервирования оборудования комплекса АВСН-Т

Комплекс состоит из двух шкафов типа ШЭЭ233-0101, имеющих одинаковое функциональное назначение, реализующих одинаковый технологический алгоритм и работающих в режиме полного дублирования. Повышение надежности и непрерывности функционирования комплекса обеспечивается автоматической передачей управления на «Резервный» шкаф в случае возникновения неисправности в «Основном» шкафу. Это также позволяет производить полное выведение одного из шкафов из работы для проведения технического обслуживания. Постоянный информационный обмен между шкафами (по сети Ethernet) позволяет осуществлять безударное переключение управления в случае необходимости.

Алгоритм АВСН-Т учитывает:

• номинальные нагрузки котлов;
• текущие нагрузки котлов за 30 секунд до срабатывания АВСН-Т;
• нагрузки котлов, участвующих в работе АВСН-Т;
• минимальные нагрузки котлов их регулировочных диапазонов;
• зависимость величины оборотов ПСУ (пылепитателей) от паровой нагрузки;
• скорости вращения приводов топливоподающих устройств котла (если котел работает на твердом топливе) или расход газа на котел (если котел работает на газе), соответствующие загрузкам котлов;
• вид топлива и его параметров (с учетом возможного изменения его параметров);
• наличие в структуре регулирования горения регулятора топлива и регулятора тепловой нагрузки.

Алгоритм АВСН-Т осуществляет:

• определяет потребность в паре турбин;
• перерасчет баланса генерируемой и потребляемой мощности в отделившейся системе по данным режима, который предшествовал аварии;
• устранение небаланса за счет отключения нагрузок и использования всех имеющихся резервов электростанции.

Интерфейс оператора

Для обеспечения удобной эксплуатации, вся информация организована в виде окон отображения мнемосхем, задания настроек, контроля и диагностики, а также просмотра сообщений и отображения графиков. На всех окнах вверху слева отображается режим работы шкафа - «Вывод», «Основной» или «Резервный», а справа - текущая дата и время.

Эффект от внедрения системы

Внедрение системы увеличивает живучесть оборудования, сводит к минимуму экологические риски, а также предотвращает потерю собственных нужд и полный останов станции. Это позволяет избежать как прямых финансовых потерь, связанных с недопоставкой тепловой и электроэнергии, так и вызванных остановкой основных тупиковых потребителей вырабатываемой энергии – предприятий нефтехимической промышленности, имеющих непрерывный цикл производства.

• Заказчик: АО «Дальтрансуголь»

Проект

Целью создания данной системы является контроль за нахождением металлических частей различного происхождения в потоке транспортируемого угля после выгрузки из железнодорожных вагонов и очистки магнитным сепаратором.

В состав системы контроля входят следующие компоненты:

• Металлодетектор;
• Шкаф управления (Шкаф TBC), содержащий контроллер ILC 171, Источники питания Quint для питания силовых цепей установки (клапаны, светодиодное освещение), источники питания бесперебойного питания MINI для питания цепей управления. Коммутация со шкафами вводавывода осуществляется с помощью коммутационных модулей по протоколу Profibus-DP;
• Комплект светодиодных светильников;
• Исполнительные шкафы (Шкаф LBC1, 2), смонтированные непосредственно на конвейере, содержащие модули ввода-вывода управляемые по протоколу Profibus-DP, которые в свою очередь осуществляют коммутацию силовых цепей через релейные модули PLC, термомагнитные защитных выключателях CB TM1 для защита цепей питания;
• Цифровое табло;
• Инкрементальный энкодер.

В шкафах используются клеммы с технологией подключения Push-In, что позволило сократить время монтажа.

Принцип действия основан на точном измерении расстояния от металлодетектора до металлического предмета, по какой-либо причине не извлеченного магнитным сепаратором и указания его местонахождения с помощью светового сигнала индикационной полосы.

В действие алгоритма системы обнаружения заложены следующие шаги:

• Фиксирование наличия металла металлодетектором;
• Формирование сигнала включения световой сигнализации в месте нахождения металла;
• Цифровая индикация расстояния от металлодетектора до металла.

При прохождении металлического предмета через металлодетектор формируется дискретный сигнал остановки конвейера, который также является сигналом начала отсчета импульсов формируемым инкрементным энкодером. Импульсы преобразуются в показания расстояния и программно формируют сигнал включения светодиодного светильника в месте нахождения металла. Одновременно на цифровом табло отображается фактическое текущее расстояние до контролируемой металлической части.

Имеется три вида сигнализации световой полосы:

1. Мигание первых пяти светильников означает – обнаруженный металл вне зоны действия световой полосы (при остановке конвейера металл не дошел до зоны контроля пересыпной башни);
2. Постоянное свечение одного из светильников индикационной цепочки означает – металл в зоне горящего светильника;
3. Мигание пяти последних светильников в зоне приемного бункера означает – металл попал в приемный бункер.

Разработка, монтаж, программирование и пуско-наладка выполнены исключительно силами управления информатизации АО «Дальтрансуголь».

На стадии проектирования было принято решение в реализации распределенной системы управления с удаленными шкафами ввода-вывода, опрос которых, осуществляется по протоколу Profibus DP. Данная структура позволила сократить объемы, как кабельной продукции и сопутствующих материалов, так и значительный объем монтажных работ с соответствующим персоналом.

Текущая система интегрирована в общую промышленную сеть, которая позволяет диспетчеру оперативно реагировать на аварийную сигнализацию и вести архивы необходимых данных.

Перечень используемого оборудования

Шкаф управления (Шкаф TBC)

Перечень используемого оборудования

Исполнительные шкафы (Шкаф LBC1,2)

Преимущества от внедрения оборудования

Данная система контроля существенно упрощает работу по ручной очистке угля от металла и минимизирует время простоя, а также уменьшает вероятность попадания металлических предметов в действующие механизмы (грохот, дробилки), предотвращая долгосрочный ремонт, тем самым сокращая издержки производства.

Система эксплуатируется с ноября 2016 года. В настоящее время система работает без нареканий. Использование оборудования подтвердило заявленные характеристики, а также удобство обслуживания и диагностику системы.