Logo

Система автоматической диагностики и повышения эффективности обслуживания устройств РЗА, АСУ ТП и средств измерений ПС

А.С. Шеметов, ПАО «ФСК ЕЭС»; А.А. Акинин, АО «НТЦ ФСК ЕЭС»; О.В. Кириенко, ООО «ЭнергопромАвтоматизация»
В статье приведено общее описание результатов НИОКР по разработке Системы автоматической диагностики и повышения эффективности обслуживания устройств РЗА, АСУ ТП и средств измерений ПС для нужд ПАО «ФСК ЕЭС».

Современный процесс эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и средств измерения (СИ) включает в себя комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на поддержку профильного оборудования и систем в режиме постоянной готовности к использованию по назначению. Речь идет об оперативном и техническом обслуживании устройств, поверке и калибровке СИ, анализе правильности функционирования. Текущие процессы эксплуатации РЗА, АСУ ТП и СИ характеризуются следующими основными недостатками:

  • низкая доступность информации по результатам обслуживания РЗА, АСУ ТП и СИ, вызванная её хранением на бумажном носителе;
  • отсутствие механизмов оперативного доступа к актуальной эксплуатационной, нормативно- справочной и организационно-распорядительной документации по РЗА, АСУ ТП и СИ на всех уровнях иерархии при эксплуатации объектов электросетевого хозяйства;
  • высокие временные затраты и информационные потери при передаче оперативной информации с подстанций на уровни ПМЭС, МЭС и ИА ПАО «ФСК ЕЭС»;
  • отсутствие информационного обеспечения для внедрения механизмов автоматического анализа аварийности элементов и устройств РЗА, АСУ ТП;
  • высокие временные и ресурсные затраты на анализ функционирования РЗА, АСУ ТП и СИ.

В этих условиях повышение эффективности обслуживания информационно-технологических систем (РЗА, АСУ ТП и СИ) возможно при комплексном решении задач оптимизации и автоматизации производственных процессов средствами разработки и внедрения в ПАО «ФСК ЕЭС» иерархической распределённой информационно-технологической системы, обеспечивающей автоматизацию труда персонала, эксплуатирующего РЗА, АСУ ТП и СИ, а также формирования доступного централизованного электронного хранилища профильной документации. В настоящее время по заказу ПАО «ФСК ЕЭС» силами АО «НТЦ ФСК ЕЭС», ООО «ЭнергопромАвтоматизация», ООО «Релематика» выполняется научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа, целью которой является разработка системы автоматической диагностики и повышение эффективности обслуживания устройств РЗА, АСУ ТП и средств измерений ПС (далее — Система ПТК «Эксплуатация).

Архитектура Системы

Система реализована на базе распределённой архитектуры с различными узлами приёма, хранения и обработки данных. Её архитектура состоит из трех уровней (рисунок 1):

Рисунок 1. Принципиальная архитектура Системы

  • верхний уровень: сервер системы для ИА ПАО «ФСК ЕЭС»;
  • средний уровень: серверы системы для МЭС и ПМЭС;
  • нижний уровень: система сбора данных на подстанции (АРМ-Сервер).

Нижний, подстанционный уровень Системы предназначен для сбора исходных данных и получения первичной информации, необходимой для автоматизации бизнес-процессов. В его состав входит АРМ-Сервер. В зависимости от уровня автоматизации подстанции АРМ-Сервер осуществляет сбор данных либо в автоматическом режиме, либо в ручном, если автоматический сбор данных невозможен. Перечень и объём собираемой информации напрямую зависит от типа архитектуры ПС (типовая, нетиповая, смешанная, с АСУ ТП или без, и т. п.) и включает в себя:

  • осциллограммы и сигналы аварийных событий с устройств РЗА;
  • осциллограммы с регистратора аварийных событий ПС;
  • диагностические сигналы с устройств;
  • срезы значений аналоговых сигналов с устройств РЗА, АСУ ТП и СИ;
  • сигналы положения коммутационных аппаратов.

На основе данной информации на нижнем уровне автоматически производится формирование объединенных осциллограмм, анализ работы устройств РЗА, алгоритмическая обработка диагностических сигналов с последующим формированием событийной информации и оповещений пользователей всех уровней системы.

На нижнем уровне формируется база данных (БД) хранения технологических нарушений объекта, данные автоматического анализа работы устройств РЗА и т. п.

Информация с АРМ-Сервера передается на средний уровень Системы, используя существующие каналы связи. При необходимости информация может передаваться со среднего уровня на нижний, например, в случае потери, репликации данных. На среднем уровне устанавливается серверное оборудование Системы, на котором установлена БД среднего уровня. Доступ к информации, хранящейся на сервере Системы, выполняется с помощью Web-интерфейса с авторизированных рабочих ПК, расположенных в корпоративной сети МЭС/ПМЭС. На среднем уровне доступен ввод данных в Систему в части ведения БД. На серверах среднего уровня содержится база данных по объектам, входящим в зону ответственности филиала ПМЭС/МЭС. Информация может передаваться как снизу вверх — с уровня ПМЭС на уровень МЭС, так и в обратном направлении. Таким образом, исключается возможность потери данных на одном из уровней Системы. На верхнем уровне Системы используется существующее серверное оборудование. На него устанавливается БД. Архитектура БД и ПО Системы верхнего уровня аналогичная той, что выполнена на нижнем и среднем уровнях.

На сервере верхнего уровня содержится полная база данных Системы, которая состоит из БД верхнего уровня и репликации БД среднего уровня. Информация может передаваться как снизу вверх — со среднего уровня на верхний), так и в обратном направлении. Синхронизация данных между уровнями Системы выполняется как периодически, так и по событию изменения данных. Таким образом выполняется резервирование данных для всех уровней Системы.

Рисунок 2. Укрупнённая функциональная структура Системы

Функциональная структура Системы

Укрупненная функциональная структура Системы состоит из следующих групп подсистем (рисунок 2):

  • Группа «Ведение распределённой БД» включает в себя ряд подсистем, которые содержат реестр устройств подстанции, информацию по учёту ЗИП, нормативно-справочной информации (НСИ), а также об управлении организационной деятельностью.
  • Группа «Диагностика и анализ работы устройств РЗА, АСУ ТП и СИ» состоит из подсистем автоматизированного анализа функционирования устройств и регистрации, а также анализа неисправностей и отказов. [1–5]
  • Группа «Повышение эффективности организационной деятельности персонала» включает в себя подсистему управления работами по МК, техническому обслуживанию и ремонтам, а также подсистему сопровождения строящихся и реконструируемых объектов [6–8].
  • Группа «Формирование аналитической информации и оповещение персонала» состоит из подсистем ведения и расчёта ключевых показателей эффективности (КПЭ), формирования отчётов, журналирования и оповещения.
  • В группе «Интеграция со смежными подсистемами» реализован обмен с корпоративными информационными системам ПАО «ФСК ЕЭС»: АСУ ТОиР, АСУ РЭО, АСУ «Метрология», АСУ ИИиК «Инциденты», Госреестр СИ. Дополнительно реализуется анализ технологического процесса по ЛВС ПС и интеграция с системой автоматического проектирования.
  • Подсистема «Администрирование и информационная безопасность» реализует ролевой доступ к БД Системы посредством авторизации. Ведёт разграниченный доступ к информации и фиксирует изменения состояний информации в Системе [9].

Программная реализация

Система разработана на базе программного продукта NPT Platform. Её архитектура обеспечивает возможность вертикального и горизонтального резервирования. Имеет клиент-серверную структуру, где в качестве клиентской части выступает Web-браузер (Google Chrome, Yandex-браузер, Opera, Mozilla Firefox).

Далее по тексту приведено частичное описание пользовательского интерфейса на примере РЗА.

Рисунок 3. Фрагмент реестра устройства РЗА

В Системе организовано категорирование оборудования подстанций по принципу отношений того или иного вида устройства к РЗА, АСУ ТП или СИ. Сформированные карточки устройств в Системе имеют схожие форматы по наполнению в реестре (рисунок 3):  древовидная структура иерархического перечня объектов, описание занесенного в реестр устройства с отображением общей информации по нему, функции устройства, его внешний вид; кроме этого, представлен ряд информационных вкладок, связанных с этим устройством (паспорт, эксплуатация, уставки, технологические нарушения, конфигурация и пр.).

Рисунок 4. Фрагмент табличной формы работ по ТОиР РЗА

Также в Системе формируются табличные формы, в которых отображаются:

  • перечень работ по ТОиР РЗА (рисунок 4);
  • графики технического обслуживания устройств РЗА (рисунок 5) и график поверки/калибровки СИ (рисунок 6);
  • перечень технологических нарушений (рисунок 7).

Рисунок 5. Фрагмент табличной формы многолетнего графика ТО РЗА

Рисунок 6. Фрагмент табличной формы многолетнего графика калибровки СИ

Рисунок 7. Фрагмент табличной формы перечня технологических нарушений

Данные по технологическому нарушению формируются в Системе на основе срабатывания устройств РЗА, установленных на присоединениях, где возникло аварийное возмущение. В табличной форме (рисунок 7), по столбцам, представлены данные о времени, месте, виде повреждения и прочим дополнительным параметрам. Каждому технологическому нарушению присваивается номер и наименование. Система имеет возможность сортировки технологических нарушений по присвоенным им параметрам. Выявленные технологические нарушения подвергаются первичному анализу с последующей оценкой действия работы устройств РЗА.

Заключение

Разработанная Система является одной из составляющих модели жизненного цикла РЗА, наравне с комплексами приёмки в эксплуатацию и проектирования, в рамках реализации целевой модели цифровой трансформации ПС. В настоящее время осуществляется пилотное внедрение Системы на объектах ПАО «ФСК ЕЭС», что является базовым процессом для сбора и хранения данных по эксплуатации информационно-технологических систем. Полученные результаты применения алгоритмов оценки и прогнозирования состояния оборудования, предполагается использовать при разработке концепции «обслуживания по состоянию».

Описанные материалы носят общий характер. Коллектив авторов планирует публикацию серии статей, описывающих частный реализованный функционал, обеспечивающий автоматизацию производственной деятельности по направлениям РЗА, АСУ ТП и СИ.

Литература

  1. СТО 34.01–4.1–005–2017 Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, автоматики, дистанционного управления и сигнализации на объектах электросетевого комплекса.
  2. СТО 56947007–25.040.40.236–2016 Правила технической эксплуатации АСУ ТП ПС ЕНЭС. Общие технические требования.
  3. ГОСТ Р 56865–2016 Единая энергетическая Система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Релейная защита и автоматика. Технический учет и анализ функционирования. Общие требования.
  4. СТО 34.01–4.1–007–2018 Технические требования к автоматизированному мониторингу устройств РЗА, в том числе работающих по стандарту МЭК 61850.
  5. РД 34.35.516–89 Инструкция по учёту и оценке работы релейной защиты и автоматики электрической части энергосистем.
  6. Типовое положение о взаимоотношениях и распределении функций (служб) отделов РЗА ПАО «ФСК ЕЭС».
  7. Регламент подготовки и допуска к самостоятельной работе по обслуживанию устройств РЗА и ПА специалистов РЗА ПАО «ФСК ЕЭС».
  8. Положение о порядке подачи и проработки диспетчерских заявок на вывод в ремонт ЛЭП, оборудования и устройств для производства ремонтных работ и реконструкции на объектах ПАО «ФСК ЕЭС» (утверждено распоряжением ПАО «ФСК ЕЭС» от 24.05.2012 № 349 р).
  9. Распоряжение от 30.08.2016 № 367 ОАО «ФСК ЕЭС» «Об утверждении минимально необходимых организационных и технических требований к обеспечению информационной безопасности автоматизированных Систем технологического управления, используемых для функционирования электросетевого комплекса ОАО «ФСК ЕЭС».

Шеметов Андрей Сергеевич родился 9 октября 1973 г.

В 1995 г. окончил Ивановский государственный университет. В настоящее время работает заместителем начальника департамента релейной защиты, метрологии и автоматизированных систем управления технологическими процессами ПАО «ФСК ЕЭС». Руководит НИОКР «Разработка электронного каталога типовых проектных решений для проектирования и конфигурирования оборудования системы защиты, управления ПС, включая решения по цифровым ПС с применением наилучших доступных технологий».

Является автором 5 опубликованных научных трудов и статей.

Акинин Андрей Александрович родился 28 июня 1979 г.

В 2002 г. окончил Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет), факультет «Автоматика и электроника» по специальности «Электроника и автоматика физических установок».

В 2006 г. защитил диссертацию в Ивановском государственном энергетическом университете им. В. И. Ленина. Получил ученую степень кандидата технических наук. Работает в должности заместителя начальника отдела разработки технологии «Цифровая подстанция» Центра информационно-управляющих систем АО «НТЦ ФСК ЕЭС».

Кириенко Олег Владимирович с отличием окончил Санкт-Петербургский государственный политехнический университет по специальности «Электроэнергетика», получил ученую степень «Магистр техники и технологии».

Является автором многих научных работ, посвящённых стандарту МЭК 61850. В настоящее время занимает должность руководителя департамента инновационных разработок в ГК «ЭнергопромАвтоматизация».