Анализ состояния телекоммуникации и СДТУ (ОИТиС) в г. Астана. Сравнение видов организации линии связи и выбор оптимальной. Рассмотрение технических характеристик оборудования. Расчёт основных параметров оптического кабеля, оценка надежности сети.
Аннотация к работе
Однако изза увеличения доли коммунально-бытового потребления в связи с изменением статуса города, ростом численности населения, реконструкцией существующей застройки и строительств новых жилых микрорайонов и общественных зданий, существующие энергосети не обеспечивают покрытия нагрузок города. В связи с расположением ПС 110/10 КВ «Жана Жол» в городской застройке и в соответствии с заданием на проектирование и техническими условиями подстанция принята закрытого типа [5]. В оперативном отношении ОДС подчинен персонал Отдела информационных технологий и связи (ОИТИС), основной задачей ОИТИС является обеспечение надежной и качественной работы средств диспетчерского и технологического управления АО «ГЭС», обеспечение развития и модернизации, повышение их надежности. Согласно техническим условиям на проектирование средств диспетчерского и технологического управления на ПС 110/10 КВ «Жана Жол» необходимо предусмотреть передачу данных от системы SCADA, передачу данных от информационной системы АСКУЭ и передачу сигналов релейной защиты (РЗА). В устройства верхнего уровня входят: базовые компьютеры (серверы, системы); компьютеры (процессоры, серверы) связи; компьютеры автоматизированных рабочих мест операторов (рабочие станции); средства визуализации: мониторы, принтеры, проекторы, мнемощиты.Астаны сделаны выводы о необходимости строительства подстанции 110/10 КВ «Жана Жол» в новом районе индивидуальной застройки жилой зоны 14 в Юго-Восточном районе Правобережной части города. Проектом предусмотрена организация цифрового потока от ПС 110/10 КВ «Жана Жол» до АО «ГЭС», который включает в себя данные систем SCADA в объеме 16 потоков Е1 и АСКУЭ в количестве 3 потоков Е1, а также голосовые каналы связи. Для аварийного электропитания оборудования связи, по расчетам суммарной потребляемой мощности аппаратуры, выбраны аккумуляторные батареи Sonnenschein серии Dryfit A400 емкостью 26 Ач напряжением 12 В, обеспечивающие бесперебойную работу на 3 часа, что обеспечивает стабильную работу связи в аварийных ситуациях. В разделе техники безопасности и производственной санитарии проведен анализ используемых помещений на предмет вредного воздействия оборудования и санитарно-гигиенических факторов на организм человека и проведены необходимые расчеты по освещению помещения и расчет по эффективности зануления, что соответствует требованиям санитарных норм и техники безопасности.
Введение
Астана - это не просто один из городов Казахстана, это новая столица, которая находится на начальном этапе процесса своего становления. В этом заключается основное отличие Стратегического плана устойчивого развития Астаны от аналогичных планов развития столиц других стран мира. И это же является ее сравнительным преимуществом перед другими столичными городами, поскольку она строится и будет переходить к устойчивому развитию с учетом современных тенденций в градостроительстве, развитии экономики и социальной сферы, охране окружающей среды, в особенности в развитии и размещении объектов производственной и эколого-инженерной инфраструктуры.
По данным на 1 декабря 2010 года численность населения города Астаны составила 572,1 тыс. человек. По предварительным данным ГКП «Астанагенплан» численность населения г. Астаны на 2030 г. прогнозируется 1200 тыс. человек. С увеличением населения город остро нуждается в жилом секторе, школах, больницах, магазинах и других объектах. Одним из приоритетных направлений развития города является строительство. Инвестиции в жилищное строительство составили 114,8 млрд. тенге, построено и введено в эксплуатацию более миллиона кв. метров жилья. Поэтому показателю Астана прочно удерживает лидерство среди регионов страны. Сегодня в столице начато и ведется строительство более 200 жилых домов и комплексов. При таких масштабах жилой застройки объемы ввода жилья будут ежегодно возрастать. Вся масштабная программа по застройке столицы зависит от развития энергокомплекса, инженерной инфраструктуры и систем жизнеобеспечения, поэтому наращивание мощностей, прокладка сетей тепло- и водоснабжения, строительство электроподстанций должны опережать возведение жилья и других объектов. Одним из приоритетных направлений развития города является строительство жилья. Однако изза увеличения доли коммунально-бытового потребления в связи с изменением статуса города, ростом численности населения, реконструкцией существующей застройки и строительств новых жилых микрорайонов и общественных зданий, существующие энергосети не обеспечивают покрытия нагрузок города. Согласно концепции корректировки Генерального плана развития и застройки столицы было принято решение о строительстве электроподстанций в новых строящихся районах города Астаны. [1]
Производство, передача и распределение электрической энергии невозможно без постоянного круглосуточного оперативного управления, что является задачей оперативно-диспетчерской службы. Внедрения современных технологий, таких как SCADA (система диспетчерского контроля и сбора данных) и АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии), отвечающее по всем предъявляемым требованиям по обеспечению надежной и качественной работы средств диспетчерского и технологического управления. В данном дипломном проекте рассматривается стратегический важный участок ПС «Жана Жол» - «Левобережная». ПС данного участка не соединены со SCADA и АСКУЭ. Для передачи информации и организации телефонной связи от ДП (диспетчерского пункта) ГЭС до подстанции 110 КВ, принадлежащих АО «Горэлектросети» организована корпоративная сеть по волоконнооптической линии связи.
В настоящее время оптоволоконные кабели уже получили применение во многих отраслях народного хозяйства: связи, радиоэлектронике, медицине, космических исследованиях, машиностроении и другие. Используются они так же для устройства соединительных линий между АТС и в пригородах, где они заменяют весьма металлоемкие кабели с медными жилами. По оптоволоконному кабелю построены многие сети телекоммуникации ведущих операторов связи, а также корпоративные сети крупных компании нашей Республики.
Преимущества оптических конструктивной основы оптических кабелей (ОК) связи хорошо известны. Основными из них являются: широкая полоса пропускания, обеспечивающая возможность передачи сигналов электросвязи со скоростью до 10 Гбит/с и выше; низкий уровень потерь на распространение сигналов, позволяющий осуществлять их передачу без регенерации на расстояния до 120-150 км; нечувствительность к электромагнитным помехам; отсутствие перекрестных помех в ОК; малая масса и размеры ОК. Другие достоинства и преимущества ОК по сравнению с традиционными средами распространения, такие как относительно высокая защищенность, от несанкционированного съема (перехвата) передаваемой информации, пожаробезопасность, относительно невысокая цена ОК по сравнению с медными кабелями и практически неограниченные запасы сырья для производства ОВ делают их применение в сетях и системах связи еще более привлекательным и технически и экономически оправданным. Именно поэтому ОК практически полностью вытесняют в настоящее время все другие виды направляющих структур в различных участках сетей связи.
1. Аналитические исследования по теме проекта и разработки по их технической реализации связь телекоммуникация сеть
1.1 Поставленная задача проекта
В данном дипломном проекте рассматриваются вопросы по проектированию ВОЛС для технологической оперативно-диспетчерской связи между электрическими подстанциями «Левобережная» - «Жана Жол» АО «ГЭС».
Цель работы заключается в обосновании необходимости и экономической эффективности (выгодности) организации связи по ВОЛС для оперативно - диспетчерской связи между подстанциями на вышеуказанном участке.
Для выполнения данного проекта необходимо выполнить следующие работы: - произвести краткий анализ предприятия АО «ГЭС» г. Астаны;
- провести анализ существующего состояния телекоммуникации и СДТУ (ОИТИС);
- сравнение видов организации линии связи и выбор оптимальной;
АО «Городские электрические сети» (АО «ГЭС») создано на базе Городских электрических сетей согласно приказу ПОЭИЭ «Целинэнерго» №244 от 06.08.80 г.
Персонал предприятия занимается эксплуатацией, ремонтом и техническим обслуживанием электрических сетей города напряжением 110, 10 и 0,4 КВ, подстанций 110/10, 10/0,4 КВ и распределительных пунктов 10 КВ согласно генеральной лицензии №003986 и 003987 от 27.05.05 г., выданной Министерством энергетики и минеральных ресурсов Республики Казахстан .
В настоящее время, АО «ГЭС» предоставлено право на выполнение работ в области архитектурной, градостроительной и строительной деятельности на территории РК в части строительства энергетических объектов согласно перечня к Гослицензии 01-ГСЛ №007916 от 15.01.02 г., выданной Департаментом архитектуры и градостроительства г. Астаны.
Для выполнения вышеуказанных работ общество располагает необходимой рабочей силой, машинами и спецмеханизмами, имеет современную производственную базу, оснащенную станочным оборудованием, крытые стоянки, склады. Наличие электролабораторий позволяет производить ревизию, испытания и наладку электрооборудования всех напряжений, аппаратуры и систем контроля, противоаварийной защиты и сигнализации.
АО «ГЭС» имеет в своем составе около 500 человек персонала самых разных и сложных специальностей.
Кроме капитальных ремонтов и технического обслуживания энергетического оборудования 110, 35, 10 КВ подстанций и линий электропередач 10 и 0,4 КВ за последние пять лет силами персонала или с его участием выполнялись работы по строительству электросетевых объектов 110, 10 КВ, воздушных и кабельных сетей 10 и 0,4 КВ в существующих и новых районах города.
Также проводилась работа по технологическому сопровождению процесса строительства сетевых объектов.
Организационная структура управления АО «Городские электрические сети» г. Астана приведена в [ПА].
Круглосуточное оперативное управление электрическими сетями является задачей оперативно-диспетчерской службы (ОДС) «ГЭС», которая является производственно-техническим подразделением «ГЭС».
Принятая производственная структура АО «ГЭС» обеспечивает качественное и надежное управление процессом технического обслуживания и капитальными ремонтами энергетического оборудования 110, 35, 10 КВ подстанций и линий электропередач 110, 10 и 0,4 КВ.
В связи с расположением ПС 110/10 КВ «Жана Жол» в городской застройке и в соответствии с заданием на проектирование и техническими условиями подстанция принята закрытого типа [5].
На подстанции предусмотрены: - установка двух трансформаторов 110/10 КВ мощностью по 40 МВА каждый с расщепленными обмотками низкого напряжения и кабельными вводами высокого напряжения;
- сооружение распределительного устройства 110 КВ (РУ 110 КВ);
- сооружение распределительного устройства 10 КВ (РУ 10 КВ).
В соответствии с типовыми проектными решениями, учитывая количество присоединений, приняты следующие принципиальные схемы распределительных устройств: - 110 КВ - «Два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий»;
- 10 КВ - «Две одиночные, секционированные выключателями системы шин».
Трансформаторы 110/10 КВ устанавливаются в специально предусмотренных отдельных камерах.
Подстанция присоединяется по двум кабельным линиям отпайкой от существующей высоковольтной линии (ВЛ) 110 КВ от ПС 110/10 КВ «Левобережная».
1.3 Существующая сеть СДТУ и ОИТИС
В оперативном управлении ОДС АО «ГЭС» находятся оборудование ПС 110/10 КВ городского кольца, распределительные сети 10/0,4 КВ г. Астаны, устройства релейной защиты (РЗУ), средств диспетчерского и технологического управления (СДТУ).
В Центральный диспетчерский пункт (ЦДП) ОДС поступает объем телемеханики по ПС 110/10 КВ (ИКИ, Жанажол Школьная, Коктем, Астана, Арман, Промзона, Левобережная, Южная) и РП 10 КВ в количестве девятнадцати объектов.
В телемеханику входят: - телесигнализация - положения выключателей;
- телеуправление выключателями;
- телеизмерения тока на отходящих фидерах 10 КВ, телеизмерения напряжения на шинах 10 КВ.
Вся информация со всех телемеханизированных объектов по радиоканалу собирается в Центральном диспетчерском пункте. На ЦДП установлен базовый радиомодем, который через контроллер УТМ-64 выводит информацию на монитор компьютера диспетчера.
В оперативном отношении ОДС подчинен персонал Отдела информационных технологий и связи (ОИТИС), основной задачей ОИТИС является обеспечение надежной и качественной работы средств диспетчерского и технологического управления АО «ГЭС», обеспечение развития и модернизации, повышение их надежности. Обеспечение диспетчерской и технологической связью и каналами телемеханики с подстанциями и РП АО «ГЭС», ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ЦДС «АРЭК», «РДЦ».
В состав ОИТИС входит коммутационная аппаратура диспетчерской и технологической связи, в том числе: - энергодиспетчерские телефонные станции (ЭДТС); АДАСЭ - ИМ 18;
- аппаратура уплотнения по кабельным линиям связи П-330/6;
- каналы электронной связи, в том числе: телефонные и телемеханики;
- воздушные и кабельные линии связи;
- диспетчерские щиты и пульты;
- устройства телемеханики;
- аппаратура электропитания;
- комплексная телефонная сеть;
- оконечные устройства телефонной связи;
- вводная и линейно-коммутационная аппаратура;
-аппаратура радиосвязи (стационарная, носимая, мобильная установленная на автомашинах) типа «Моторола» и «KENWOOD» (для ТМ);
- аппаратура звукозаписи SRS - VR.
В качестве мультиплексируемого оборудования применено оборудование типа FOX 515 производства ТОО ABB «Энергосвязь». Через мультиплексоры по ВОЛС от подстанции до ДП ГЭС организована передача: -сигналов голосовой связи. В качестве интерфейсов используются 2- х проводные окончания для подключения телефонных аппаратов, расположенных на подстанциях, к АТС (диспетчерскому коммутатору) ДП ГЭС для организации прямой диспетчерской связи,а также 4- х проводные окончания, для организации автоматической телефонной связи с использованием протокола сигнализации АДАСЭ;
- сигналов телемеханики от устройств MICROSCADA и YTM - 64, расположенных на подстанциях;
- данных от различных информационных приложений: системы АСКУЭ, электронная почта и т.д.
Основным генерирующим энергоисточником для г. Астаны является ТЭЦ-2. Все линии 110 КВ, питающие подстанции городского кольца, отходят от ТЭЦ-2. Поэтому оптимальным решением для трассы прокладки оптоволоконного кабеля является грозозащитный трос существующих линий электропередач напряжением 110 КВ.
В настоящее время канальная среда для передачи информации и организации телефонной связи от Центрального диспетчерского пункта до подстанций 110 КВ АО «Городские электрические сети», организована по волоконнооптической линии связи, встроенной в грозозащитный трос линий электропередач напряжением 110 КВ. Топологически среда передачи представляет собой схему «кольцо», позволяющую организовать 100% резерв каналов связи с каждого из объектов, входящих в это кольцо.
В целях обеспечения отказоустойчивости передачи информации выбрана архитектура построения оптического кольца, состоящего из двух полуколец (Восточного и Западного). Таким образом при нарушении целостности оптоволоконного кабеля на одном оптическом полукольце технологическая информация будет направлена по другому полукольцу.
Объем информации между узловыми подстанциями (ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, Аэропорт, Западная) особенно велика. Поэтому между ними организован цифровой поток STM-1, а между остальными подстанциями информация передается по восьми двухмегабитовым потокам Е1.
На всех подстанциях установлены мультиплексоры с оптическим кроссом и гарантированной системой электропитания.
На подстанциях, обслуживаемых дежурным персоналом, установлены цифровые автоматические телефонные станции, включаемые в единую сеть системы предприятий энергокомплекса.
На подстанциях применяется АТС типа Si 2000 A 160 производства Iskratelling Словения.
АТС, мультиплексоры в своем составе имеют аккумуляторные батареи, что обеспечивает работоспособность оборудования при потере основного электропитания.
Вся технологическая информация с подстанций 110 КВ собирается на ТЭЦ-2. На ТЭЦ-2 находятся три мультиплексора. В первый информация приходит с подстанций Восточного полукольца, во второй мультиплексор с Западного полукольца. Через третий мультиплексор информация, предназначенная для АО «АРЭК» по радиорелейной линии передается на подстанцию «Центральная», от которой она по ВОЛС передается в АО «АРЭК». Все данные, которые приходят на ТЭЦ-2 со всех подстанций городского кольца передаются по радиорелейной линии связи на диспетчерский пункт АО «ГЭС», где установлен мультиплексор, осуществляющий переприемку потоков Е1.
На подстанции Аэропорт находятся два мультиплексора. В случае обрыва Восточного полукольца на направлении ТЭЦ-2, данные с первого мультиплексора будут переданы на второй, а затем на подстанцию «Западная», а с нее на ТЭЦ-2.
Проектируемая ВОЛС на подстанции 110/10 КВ «Жана Жол» к оптическому кольцу будет подсоединяться через подстанцию 110/10 КВ «Левобережная», к ней проектируемая подстанция присоединиться по волоконнооптической линии. Цифровой поток, интегрирующий в себя все каналы связи от подстанции «Левобережная», принимается на порт PDH-3 мультиплексора FOX 515 ПС Жана Жол, где производится маршрутизация тайм-слотов цифровых потоков. В результате маршрутизации формируется цифровой поток как от существующих подстанций, так и от ПС «Жана Жол».
В случае повреждения волоконного кабеля на основном направлении ПС «Жана Жол» - ТЭЦ-2 мультиплексор FOX 515 произведет автоматическую перемаршрутизацию потоков от ПС «Левобережная» на ЦДП ГЭС по резервному направлению через ПС «Аэропорт». На подстанции «Жана Жол» для принятия данных с ПС «Левобережная» должно будет установлены дополнительные платы на мультиплексоре.
1.4 Расчет необходимого объема данных с ПС 110/10 КВ «Жана Жол»
Согласно техническим условиям на проектирование средств диспетчерского и технологического управления на ПС 110/10 КВ «Жана Жол» необходимо предусмотреть передачу данных от системы SCADA, передачу данных от информационной системы АСКУЭ и передачу сигналов релейной защиты (РЗА).
Система SCADA (система диспетчерского контроля и сбора данных) - компьютерная система, работающая в режиме реального времени, используемая для мониторинга и контроля электрической сети в режиме реального времени. SCADA представляет собой многофункциональную открытую программно-аппаратную среду для построения автоматизированных систем контроля и управления распределенными объектами энергетического назначения.
Специализированные функции SCADA для автоматических систем управления энергообъектами (АСУ Э): - сбор информации с низовых устройств;
- ведение базы данных реального времени;
- отображение информации на экранах мониторов и панелях щитов;
- контроль состояния и удаленное управление оборудованием;
- предупредительная и аварийная сигнализация;
- отчеты о событиях и тревогах с возможностью фильтрации;
- протоколирование событий и действий оператора;
- резервирование компонентов системы;
- самодиагностика системы;
- удаленный просмотр и изменение уставок устройств МП РЗА;
- автоматизированный контроль безопасности в местах проведения работ.
АСУ Э на базе SCADA представляет собой программно-технический комплекс (ПТК), реализованный в виде иерархической (многоуровневой) системы.
В устройства верхнего уровня входят: базовые компьютеры (серверы, системы); компьютеры (процессоры, серверы) связи; компьютеры автоматизированных рабочих мест операторов (рабочие станции); средства визуализации: мониторы, принтеры, проекторы, мнемощиты.
Низовые устройства ПТК: - устройства (терминалы) МП РЗА;
- устройства сопряжения с объектом (УСО);
- счетчики электроэнергии;
- специализированные контроллеры и УСПД.
УСО обеспечивают ввод в систему сигналов (ТС, ТИ, ТУ), а также сигналы с устройств МП РЗА.
В качестве УСО на ПС 110/10 КВ «Жана Жол» используется удаленное терминальное устройство (RTU) международного концерна АББ типа RTU - 211.
RTU - 211 является стандартной системой телеуправления, специально разработано для использования в системах управления электрическими сетями и предназначено для сбора, обработки и хранения данных, собранных со счетчиков электроэнергии и передачи их на верхний уровень.
Контроллер работает под операционной системой реального времени OS-9. Сбор данных осуществляется по цифровым каналам с устройств сбора данных типа Е842ЭС, Е846ЭС, Е848ЭС, Е849ЭС.
Функциональные возможности: - сбор измерений и сервисных данных с устройств сбора данных;
- ведение архивов измеряемых величин в соответствии с типовыми требованиями к системе SCADA;
- расчет физических величин по отдельным и групповым каналам измерения;
- многотарифный учет энергии и мощности;
- поддержание единого системного времени с заданной точностью;
- сравнение измеряемых величин с заданными допусками и формирование соответствующих сообщений на верхний уровень, а при необходимости выдача управляющих воздействий;
- расчет "баланса" объекта;
- поддержка локальной сети (Ethernet);
- проверка работоспособности счетчиков как производящих самотестирование, так и не производящих самотестирования;
- защита от несанкционированного доступа на уровне программного обеспечения и конструкции.
RTU - 211 легко адаптируется к различным средам передачи и различным режимам трафика. Он имеет микропроцессорное управление, модульную структуру и разработан для применения на объектах с количеством сигналов (ТС, ТИ и ТУ) в диапазоне от 20 до 1800.
Информация с устройств сбора данных типа Е842ЭС, Е846ЭС, Е848ЭС, Е849ЭС по импульсу поступает на RTU - 211, которые присоединены к мультиплексору по стандартному протоколу RS-232.
В диспетчерском центре установлены два сервера SCADA и реализовано горячее резервирование серверов. Имеется несколько рабочих станций, с помощью которых диспетчер и ряд служб предприятия следят за работой всей сети. Использование удаленного телеуправления на ПС 110/10 КВ «Жана Жол» обеспечивает дополнительную электробезопасность данного объекта, так как при возникновении аварийной ситуации на подстанции можно произвести отключение соответствующих выключателей непосредственно из ЦДП.
Для ПС 110/10 КВ «Жана Жол» предусматривается организация SCADA подстанции со следующим объемом телеинформации: - телеизмерения активной и реактивной мощности трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 КВ, 10 КВ;
- телеизмерения тока на отходящих фидерах 10 КВ;
- телеизмерения напряжения на шинах 110 КВ, 10 КВ;
- телесигнализация положения выключателей, разъединителей и заземляющих ножей 110 КВ;
- телесигнализация положения выключателей и заземляющих ножей 10 КВ;
- телеуправления выключателями, разъединителями и заземляющими ножами 110 КВ;
- телеуправление выключателями 10 КВ.
Для технологического и оперативного управления оборудованием по принятой электрической схеме ПС 110/10 КВ «Жана Жол» по системе SCADA на ЦДП АО «ГЭС» поступает следующий объем телеизмерений, телесигнализации и телеуправления.
Телеизмерения (ТИ): - активная мощность трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 КВ - 2 измерения (МВТ);
- реактивная мощность трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 КВ - 2 измерения (МВАР);
- активная мощность трансформаторов Т1, Т2 на стороне 10 КВ - 4 измерения (МВТ);
- реактивная мощность трансформаторов Т1, Т2 на стороне 10 КВ - 4 измерения (МВАР);
Весь перечисленный объем подключается к контроллеру (RTU).
Данные в реальном времени по текущим телеизмерениям поступают в RTU с измерительных преобразователей.
Обмен между SCADA подстанции 110/10 КВ «Жана Жол» и ЦДП АО «ГЭС» осуществляется по протоколу IEC-807-5-101 (104).
Согласно выше перечисленному по системе SCADA с ПС 110/10 КВ «Жана Жол» на ЦДП АО «ГЭС» будут поступать данные от 478 источников информации. Каждому источнику предоставляется отдельный канал со скоростью передачи 64 кбит/с. В телефонии принята технология PDH (плезиохронная цифровая иерархия), которая основана на первичном потоке со скоростью 2 Мбит/с (поток Е1). Каждый поток Е1 состоит из 32 каналов, причем 30 из них используются для организации телефонных каналов, а из двух один - для синхронизации блоков и другой - для передачи сигналов сигнализации. Если один поток содержит 30 каналов [6].
Для расчета количества цифровых потоков для передачи данных воспользуемся формулой: Nпотоков = Nист/30, (1.1)
где Nист - количество источников информации;
30 - количество информационных каналов в одном цифровом потоке.
Nпотоков = 478/30 = 15,9 ? 16
Из расчета следует, что для передачи данных по системе SCADA от 478 источников потребуется 16 цифровых потоков Е1, которые будут поступать из контроллера в мультиплексор.
Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) предназначена для автоматического сбора, накопления, обработки, хранения и отображения телеметрических данных о расходе электроэнергии, поступающих в форме импульсных сигналов или посредством цифровых интерфейсов по каналам связи от средств измерений.
АСКУЭ решает следующие задачи: - потребление активной и реактивной энергии в двух направлениях;
- усреднение активной и реактивной энергии по требуемым интервалам времени;
- расчет максимальной средней мощности на интервале с учетом временных зон;
- потребление активной и реактивной энергии за период времени;
- ведение архивов информации с результатами расчетов;
- поддержание единого системного времени;
- передача данных в энергосбытовые и заинтересованные организации.
Целью создания АСКУЭ является обеспечение дистанционного автоматизированного учета электрической энергии региональной энергосистемы, оперативный расчет балансов, предоставление информации для коммерческих расчетов, определение технологических расходов и потерь, оперативное управление режимами энергопотребления.
Работа системы начинается со сбора данных с электросчетчиков, подключенных к точкам коммерческого учета на объектах энергосистемы через измерительные трансформаторы. Для сбора данных со счетчиков используются контроллеры. Контроллеры передают данные по каналам связи в центр сбора и обработки информации.
По своему назначению АСКУЭ можно разделить на два типа: системы коммерческого учета и системы технического учета.
Коммерческий учет - это учет потребляемой электроэнергии для денежного расчета за нее с поставщиком. Для такого учета требуется установка приборов повышенной точности.
Технический учет нужен для контроля процессов энергопотребления внутри предприятия, по всем его корпусам, цехам, энергоустановкам. Анализ показаний системы технического учета дает предприятиям ряд возможностей по сокращению потребления электроэнергии и мощности, не оказывая при этом влияния на объемы производства.
Система учета состоит из нескольких основных компонентов: счетчики электроэнергии, контроллеры, или как их называют - устройства сбора и передачи данных (УСПД), модемы, кабели и прочие приспособления для организации связи, компьютеры с установленной на них специальной программой.
Для современной цифровой системы нужны точные микропроцессорные счетчики. На коммерческий учет ставятся счетчики с высоким классом точности 0,2S и 0,5S, на технический - счетчики с классом точности 1,0. В качестве счетчиков на ПС 110/10 КВ «Жана Жол» будут использоваться цифровые счетчики Меркурий 230 производства «Инкотекс», г. Москва. Они могут учитывать по тарифам активную и реактивную энергию и мощность в двух направлениях, фиксировать максимальную мощность нагрузки на заданном интервале времени, хранить измеренные данные в своей памяти до года, измерять и некоторые параметры качества электроэнергии. Счетчики передают уже готовые данные в киловатт-часах.
Рисунок 1.1 - Цифровой счетчик Меркурий 230
Контроллер - это тоже компьютер, но в специальном промышленном исполнении для систем учета. Он предназначен не только для сбора данных со счетчиков, но и самостоятельной их обработки и передачи на верхний уровень. Контроллер позволит системе объединить решение задач как коммерческого, так и технического учета. Для сбора данных со счетчиков системы АСКУЭ на подстанции 110/10 КВ «Жана Жол» устанавливается контроллер СИКОН С1 (Россия, г. Владимир).
Рисунок 1.2 - Контроллер СИКОН С1
Контроллер предназначен для выполнения следующих основных функций: 1) сбора, обработки, хранения и отображения информации об энергопотреблении, получаемой с многофункциональных электросчетчиков Меркурий 230;
2) ведение многотарифного учета электроэнергии;
3) передачи информации по различным каналам связи на ЭВМ;
4) выдачи информации на встроенный пульт оператора.
Общее количество каналов учета контроллера: не более 128-и.
Для физической реализации каналов последовательной связи контроллер комплектуется интерфейсным модулем модуль RS-485, для подключения многофункциональных счетчиков.
Контроллер поддерживает протокол V.24 - для подключения HS-совместимого модема со скоростью 9600 бит/с.
Контроллер обеспечивает автоматический переход в режим хранения информации при отключении питания и автоматический возврат в рабочий режим при восстановлении питания, с обеспечением сохранности всей имеющейся в памяти информации и непрерывной работе часов.
На ЦДП информация, принятая по системе АСКУЭ, отображается в виде мнемосхем, таблиц, графиков и диаграмм.
Для ПС 110/10 КВ «Жана Жол» предусматривается организация АСКУЭ со следующим объемом информации согласно принятой электрической схеме ПС 110/10 КВ «Жана Жол» - технологический учет активной и реактивной мощности электрической энергии силовых трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 КВ, 10 КВ (КВТЧ, КВАРЧ);
- коммерческий учет активной мощности электрической энергии на отходящих кабельных линий 10 КВ (КВТЧ);
- показания счетчиков активной и реактивной мощности электрической энергии по всем присоединениям 110 КВ, 10 КВ (в абсолютных величинах);
- учет активной мощности электрической энергии, расходуемой на собственные нужды подстанции (КВТЧ);
- учет активной мощности электрической энергии, расходуемой на хозяйственные нужды (КВТЧ).
Для процесса учета электрической мощности и электрической энергии, необходимого для взаиморасчетов между Сторонами по договорам купли/продажи и передачи электрической энергии и/или мощности, основанного на показаниях приборов коммерческого учета с нормированной точностью измерений в Службу контроля за потреблением электроэнергии АО «ГЭС» с ПС 110/10 КВ «Жана Жол» поступают по АСКУЭ следующие показания счетчиков: - прием активной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине силовых трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 КВ - 2 точки подключения;
- прием - отдача реактивной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине силовых трансформаторов на стороне 110 КВ - 2 точки подключения;
- прием активной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине силовых трансформаторов Т1, Т2 на стороне 10 КВ - 4 точки подключения;
- прием - отдача реактивной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине силовых трансформаторов Т1, Т2 на стороне 10 КВ - 4 точки подключения;
- коммерческий учет (отдача) активной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине по отходящим кабельным линиям 10 КВ - 60 точек подключения;
- учет электрической энергии и показания счетчиков в абсолютной величине на собственные нужды ПС - 4 точки подключения;
- учет электрической энергии и показания счетчиков в абсолютной величине на хозяйственные нужды - 1 точка подключения.
Минимальный период времени, за который осуществляется контроль и управление режимом передачи и потребления электрической энергии и мощности, равен 15 минутам.
По АСКУЭ с ПС 110/10 КВ «Жана Жол» на ЦДП АО «ГЭС» будут приходить данные с 77 точек подключения (счетчиков). Для показаний одного счетчика выделяется канал с пропускной способностью 64 кбит/с. Количество цифровых потоков равно:
Nпотоков = Nист/30, (1.2) где Nист - количество источников информации;
30 - количество информационных каналов в одном цифровом потоке.
Nпотоков = 77/30 = 2,6 ? 3
Для передачи информации по системе АСКУЭ потребуется 3 цифровых потока Е1.
1.4.1 Расчет производительности источника информации
Система связи служит для передачи сообщений от отправителя к получателю. Однако не всякое сообщение содержит информацию. Информация - это совокупность сведений об объекте или явлении, которые увеличивают знания потребителя об этом объекте или явлении [8].
В математической теории связи исходя из того, что в некотором сообщении количество информации зависит не от ее конкретного содержания, а от того, каким образом выбирается данное сообщение из общей совокупности возможных сообщений.
В реальных условиях выбор конкретного сообщения производится с некоторой априорной вероятностью . Чем меньше эта вероятность, тем больше информации содержится в данном сообщении.
Количество информации определяется по формуле: (1.3) где - априорная вероятность.
Логарифм берется по основанию 2.
Одну двоичную единицу информации содержит сообщение, вероятность выбора которого равняется ?. В этом случае дв. ед. инф. (бит).
В нашем случае будем использовать двухуровневые дискретные сигналы «1» и «0». Таким образом, алфавит двоичного источника будет состоять из двух символов, из которых можно строить более длинные комбинации, называемые кодовыми словами.
В теории информации чаще всего необходимо знать не количество информации , содержащееся в отдельном сообщении, а среднее количество информации в одном сообщении, создаваемом источником сообщений.
Если имеется ансамбль из сообщений , … с вероятностями … , то среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение и называемое энтропией источника сообщений , определяется по формуле: (1.4)
Размерность энтропии - количество информации на символ. Энтропия характеризует источник сообщений с точки зрения неопределенности выбора того или другого сообщения.
Мы имеем двоичный источник сообщений, то есть осуществляется выбор всего двух букв ( ): и , с равными вероятностями . Тогда
(1.5)
где - вероятность «1»;
- вероятность «0».
На выходе двоичного источника имеется устройство, которое группирует двоичные символы в кодовые слова из 8 символов. Тогда слов (объем алфавита). В этом случае
(1.6) где - количество символов в алфавите;
- количество двоичных символов в кодовом слове. бит
Но на выходе кодера к восьми информационным битам добавляется 5 битов служебной информации. В этом случае алфавит источника равен слова. Максимальная энтропия равна: бит
Укрупнение алфавита привело к увеличению энтропии в 13 (1,6) раз, так как теперь уже слово включает в себя информацию 13 букв двоичного источника.
Чем ближе энтропия источника к максимальной, тем рациональнее работает источник. Чтобы судить о том, насколько хорошо использует источник свой алфавит, найдем избыточность источника сообщений.
(1.7) где - энтропия источника;
- максимальная энтропия источника.
Избыточность в передаваемых сообщениях используется для повышения достоверности передачи информации.
Производительность источника определяется количеством информации, передаваемой в единицу времени. Измеряется производительность количеством двоичных единиц информации (бит) в секунду. Если все элементы сообщения имеют одинаковую длительность , то производительность
(1.8) где - энтропия источника;
- длительность импульса.
В плезиохронной цифровой иерархии длительность импульса равна 0,49 мкс.
Максимально возможная производительность дискретного источника равна: (1.9) где - максимальная энтропия источника;
- количество символов в алфавите;
- длительность импульса.
При укрупнении алфавита в слова по букв, когда , длительность кодового слова равна , имеем
(1.10) бит/с
Увеличить производительность источника путем укрупнения алфавита нельзя, так как в этом случае и энтропия, и длительность сообщения одновременно возрастают в одинаковое число раз (n).
1.5 Сравнительная оценка и выбор оптимальной линии связи
Цепь связи - проводники/волокно используемые для передачи одного сигнала. В радиосвязи то же понятие имеет название ствол. Различают кабельную цепь - цепь в кабеле и воздушную цепь - подвешена на опорах.
Линия связи (ЛС) в узком смысле - физическая среда, по которой передаются информационные сигналы аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. В широком смысле - совокупность физических цепей и (или) линейных трактов систем передачи, имеющих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распространения (ГОСТ 22348).
Линия содержит одну и более цепь связи/ствол. Сигнал действующий в линии называется линейным (от слова линия).
В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на: спутниковые; воздушные; наземные; подводные; подземные.
На таблице 1.1 приведены сравнительные характеристики основных видов линии связи (оптический кабель,, радиорелейные линии связи, спутниковая связь, электрический кабель.
Таблица 1.1 - Сравнительные характеристики линии связи
Название Оптический кабель Радиорелейные линии связи Спутниковая связь Электрический каб
Вывод
В результате проведенного анализа существующего положения с учетом перспективы развития г. Астаны сделаны выводы о необходимости строительства подстанции 110/10 КВ «Жана Жол» в новом районе индивидуальной застройки жилой зоны 14 в Юго-Восточном районе Правобережной части города. В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы проектирования технологической и оперативно-диспетчерской связи на ПС 110/10 КВ «Жана Жол».
Проектом предусмотрена организация цифрового потока от ПС 110/10 КВ «Жана Жол» до АО «ГЭС», который включает в себя данные систем SCADA в объеме 16 потоков Е1 и АСКУЭ в количестве 3 потоков Е1, а также голосовые каналы связи.
Цифровой поток организован по волоконнооптической линии связи, проложенной от ПС 110/10 КВ «Левобережная» до ПС 110/10 КВ «Жана - Жол». Использован оптический кабель типа ОКЛК-01-4-20-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7,0, состоящий из 6 волокон, прокладываемый вместе с кабельной линией 110 КВ.
В дипломном проекте произведена оценка живучести и надежности сети АО «ГЭС», которая составила 99,8%.
Для аварийного электропитания оборудования связи, по расчетам суммарной потребляемой мощности аппаратуры, выбраны аккумуляторные батареи Sonnenschein серии Dryfit A400 емкостью 26 Ач напряжением 12 В, обеспечивающие бесперебойную работу на 3 часа, что обеспечивает стабильную работу связи в аварийных ситуациях.
В разделе техники безопасности и производственной санитарии проведен анализ используемых помещений на предмет вредного воздействия оборудования и санитарно-гигиенических факторов на организм человека и проведены необходимые расчеты по освещению помещения и расчет по эффективности зануления, что соответствует требованиям санитарных норм и техники безопасности.
С экологической точки зрения технология строительства и эксплуатации оборудования соответствуют международным стандартам и нормативам по влиянию на окружающую среду.
Технико-экономический расчет бизнес-плана показал, что данный проект рентабелен, экономически эффективен. Были рассмотрены вопросы технологии затягивания и прокладки кабеля в кабельную канализацию, рассчитаны характеристики помещений, где будет находиться дорогостоящее оборудование систем передачи, рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды на предприятиях связи.
Список литературы
1. Мамышев Ж. Аким отчитался перед народом (или основные итоги 2006 года и приоритеты развития реального сектора экономики). Г. «Неделя», 3 февраля 2007 г., с. 13.
2. Концепция территориального развития г. Астаны и пригородной зоны до 2030 г. Раздел «Электроснабжение».- Алматы, 2006.
Стратегический план устойчивого развития города Астаны до 2030 года.- Астана, 2006.
3. Рабочий проект ПС 110/10 КВ «Жулдыз». Средства диспетчерского и технологического управления. Пояснительная записка. - Алматы, 2006.
4. Строительство ПС 110/10 КВ «Жулдыз» с трансформаторами 2х40 МВА и ЛЭП-110 КВ. Технико-экономическое обоснование. Пояснительная записка.- Алматы, 2006.
5. Нейман В. И. Структуры систем распределения информации.- М.: Связь, 1975.
6. Лившиц Б. С., Пшеничников А. П., Харкевич А. Д. Теория телетрафика: Учебник для вузов. 2-е изд. - М.: Связь, 1979. - 224 с.
7. Макаров А.А., Чиненков Л.А. Основы теории передачи информации: Учебное пособие.- Сибирский государственный университет телекоммунакаций и информатики, Новосибирск, 1998.
8. Росляков А. В., Черная Н. Д., Харченко Ю. Ю. и др. Проектирование цифровой городской телефонной сети: Учебное пособие / Под ред. А. В. Рослякова. - Самара: ПГАТИ, 1998. - 124 с.: ил.
9. Бежаева Е. Б., Егунов М. М., Шерстнева О. Г. Проектирование ГТС на базе систем передачи синхронной цифровой иерархии: Учебное пособие.- Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2002.
10. Гольдштейн Б. С. Системы коммутации. - СПБ.: БХВ - Санкт-Петербург, 2003.- 318 с.: ил.
11. Цифровая коммутационная система Si 2000: Справочник по эксплуатации.- Iskratel, 2004.
12. Универсальный мультиплексор FOX. Руководство пользователя. Блоки шины PBUS. 2-е издание. - ABB Power Automatic AG, 2000.
13. Универсальный мультиплексор FOX. Руководство пользователя. Блоки шины UBUS. 2-е издание. - ABB Power Automatic AG, 2000.
14. Универсальный мультиплексор FOX. Руководство пользователя. Блоки управления. 2-е издание. - ABB Power Automatic AG, 2000.
15. Универсальный мультиплексор FOX. Руководство пользователя. Блоки питания. 2-е издание. - ABB Power Automatic AG, 2000.
16. Денисьева О. М., Мирошников Д. Г. Средства связи для «последней мили». - М.: Эко-Трендз, 2000.
17. Алиев И. И. Кабельные изделия: Справочник.- М.: ИП РАДИОСОФТ, 2001.
18. Гроднев И. И. Волоконнооптические линии связи./Учебное пособие для высших учебных заведений. - М.: Радио и связь, 1990.
19. Верник С. М., Гитин В. Я., Иванов В. С. Оптические кабели связи. - М.: Радио и связь, 1988.
20. Берлин Б. З., Брискер А. С., Иванов В. С. Волоконнооптические системы связи на ГТС/Справочник. - М.: Радио и связь, 1994.
21. Руководство по прокладке, монтажу и сдаче в эксплуатацию волоконнооптических линий связи ГТС. - М.: ССКТБ, 1987.
22. Инструкция по проектированию линейно-кабельных сооружений связи. ВСН 116-87. - М.: Гипросвязь, 1987.
23. Фриман Р. Волоконнооптические системы связи. 2-е дополненное издание. М.: Техносфера, 2004. - 496 с.
24. Гроднев И. И., Верник С. М. Линии связи/Учебник для ВУЗОВ. - М.: Радио и связь, 1989.
25. Птицын Г. А. Живучесть сетей связи: Ж. Электросвязь. М., №2, 2001.
26. Казаринов И. А. Проектирование электропитающих установок предприятий проводной связи.- М.: Связь, 1974.
27. Китаев В. Е., Бокуняев А. А., Колканов М. Ф. Электропитание устройств связи / Учебник для вузов. - М.: Связь, 1975.
28. Князевский Б. А., Долин П. А., Марусова Т. П. и др. Охрана труда: Учебник для студентов вузов/ Под ред. Б. А. Князевского. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Школа, 1982.
29. Луковников А.В. Охрана труда. - М.: Колос, 1984.-288с.
Справочная книга по светотехнике / Под ред. Б. Айзенберга. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
30. Методические указания по разработке раздела «Электрическое освещение и осветительные сети» в курсовых и дипломных проектах (для специальностей 2104 и 2105).- Астана: КАЗГАТУ им. С.Сейфуллина, 2004.
31. Правила устройства электроустановок. Шестое издание. Дополненное с исправлениями. - М.: ЗАО «Энергосервис», 2002.-608 c.
32. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М. : Энергоатомиздат, 1984.-488 с.
33. Хван Т. А. Промышленная экология/ Серия «Учебники, учебные пособия». - Ростов н/Д: Феникс, 2003.
34. Банников А. Г., Ркутамов А. К., Вакулин А. А. Охрана труда. - М.: Агропромиздат, 1985.
35. Скалкин Ф. В., Канаев А. А., Копп И. З. Энергетика и окружающая среда.- Л.: Энергоиздат, 1981.
Обозначения и сокращения
ТЭЦ - тепловая электроцентраль
ЛЭП - линия электропередач
ГУ ДЭ и КХ - Государственное управление департамента энергетики и коммунального хозяйства
ГЭС - Городские электрические сети
ОДС - оперативно-диспетчерская служба
РЗУ - устройство релейной защиты
СТДУ - средства диспетчерского и технологического управления
ЦДП - Центральный диспетчерский пункт
ОИТ и С - отдел информационных технологий и связей
ЭДТС - энергодиспетчерская телефонная станция
РУ - распределительное устройство
ВЛ - высоковольтная линия
ПС - подстанция
АТС - автоматическая телефонная станция
КРУЭ - комплектное распределительное устройство элегазовое
КРУ - комплектное распределительное устройство
SCADA - система диспетчерского контроля и сбора данных
АСУ Э - автоматическая система управления энергообъектами
ПТК - программно-технический комплекс
УСО - устройство сопряжения с объектами
RTU - удаленный терминальное устройство
ТИ - телеизмерение
ТС - телесигнализация
ТУ - телеуправление
АСКУЭ - автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии
УСПД - устройство сбора и передачи данных
КП - коммутационное поле
УСС - узел специальных служб
АМТС - автоматическая междугородная телефонная станция