Переход от аналоговых измерений к цифровым: комплексный подход

Елена Романова,
директор по основному производству, маркетингу и продажам ОАО «Электроприбор», к.т.н.

В последние годы идет процесс массовой замены стрелочных приборов на цифровые. Цель – снижение затрат на обслуживание приборного парка. Он часто не достигает поставленной цели. Часто, наоборот, несистемный подход к закупкам разнотипных средств измерений приводит к значительному удорожанию при обслуживании.

Дорого и неточно

Как выглядит ситуация сегодня? Подавляющее большинство подстанций построены в 70-х – 80-х годах прошлого века. Измерительная часть их оборудования укомплектована преимущественно стрелочными измерительными приборами и измерительными преобразователями миллиамперной идеологии. Модернизация измерительного оснащения и перевод основной массы измеряемых параметров в цифровой формат на таких подстанциях сопряжены с заметными затратами.

По нашим данным, сейчас в эксплуатации находится более 300 млн. старых стрелочных приборов с износом, превышающим 80–85%. Эта ситуация порождает ряд проблем. Во-первых, затраты на обслуживание (ремонт, ежегодная поверка, калибровка, содержание обменного фонда и т.д.) с каждым годом возрастают. Во-вторых, показания приборов не дают реальной картины оперативному персоналу.

К сожалению, в последние десятилетия основные усилия были направлены не на внедрение новых технологий, а на поддержание работоспособности действующего оборудования. Кардинальным образом повысить надежность электроснабжения за счет ремонта уже невозможно. Необходимы техническое перевооружение и реконструкция.

Пути модернизации

Существует много подходов к повышению наглядности состояния электросетей и изменению описанной ситуации, которые условно можно разбить на две большие группы, каждая из которых имеет свои преимущества.

Первый вариант: постепенная замена приборного парка, проводимая в рамках плановых ремонтных работ. Это вариант, когда снимается старый стрелочный прибор (вышедший из строя или отработавший свой срок) и на его место устанавливается цифровой прибор со стандартным интерфейсом. Такой способ имеет право на жизнь в тех случаях, где всем очевидно далеко не полное соответствие оснащенности подстанций современным требованиям к наглядности состояния электросетей и в то же время не выделяется достаточных средств на их переоснащение.

Второй вариант чаще приемлем в условиях проектирования новых объектов или кардинальной реконструкции старых. Его суть заключается в установке одного многофункционального прибора и подключении к нему ряда индикаторных панелей, которые будут отображать необходимые величины в удобном для заказчика виде.

Оба варианта модернизации имеют свои безусловные преимущества. Повышается точность измерений. Стрелочные щитовые приборы имеют класс 1.5 и не предназначены для измерения переменного тока в начале шкалы (20–30% и менее). Цифровые приборы имеют класс точности 0.5, в том числе и в начале диапазона измерения. В цифровых приборах полностью сохранены посадочное место и способы крепежа стрелочных приборов, что исключает необходимость слесарной доработки щитов. Новые многофункциональные преобразователи и приборы имеют высокое быстродействие – 100 мс, а различные каналы коммуникации: RS, Ethernet, USB, CAN – делают прибор универсальным для применения в области телемеханики. В случае с использованием многофункционального прибора периодической поверке или калибровке подлежит лишь одно изделие, и раз в шесть лет (!), индикаторные панели не являются СРЕДСТВАМИ ИЗМЕРЕНИЙ.
При проведении замены в рамках планово-ремонтных работ на объекте аналоговых устройств на цифровые появляется возможность объединять приборы в цифровую сеть; связывать с установленной SCADA-системой; организовывать автоматический съем и обработку полученной измерительной информации.

Комплекс проблемных вопросов

Комплекс вопросов, связанных с подобной модернизацией, достаточно широк. В видимой зоне проблемы находится лишь актуальность замены стрелочных приборов на цифровые, а все остальные вопросы уходят на задний план при закупке, хотя их весомость при оценке результативности проведенной модернизации выходит на первый план.

Для действительного результата мало просто заменить стрелочные приборы на цифровые. Необходимо убедиться, что выбранные СИ будут без затрат интегрироваться в существующую систему, а оснащение метрологической службы позволит проводить регулярные калибровки приборов без увеличения затрат на эти процедуры.

Нужно помнить и о проблемах, находящихся вне зоны видимости. Во-первых, в случае спорных юридических вопросов обеспечена ли такая модернизация одобрением проектных организаций? Во-вторых, не секрет, что в настоящее время техника развивается семимильными шагами. А способен ли производитель или поставщик обеспечить в будущем возможность роста и решения «нестандартных задач»? В-третьих, используются ли выбранные СИ в распределительных устройствах и РЗА, которые будут устанавливаться на эти же объекты? Или более сложное оборудование будет идти с другими СИ?

В большинстве случаев, к сожалению, во главу угла ставится закупка цифровых приборов и невидимая часть этих важных вопросов так и остается без внимания. И в результате получается… Ежегодно происходят несистемные закупки цифровых приборов, разного происхождения с разными характеристиками. Китайские, чебоксарские, белорусские, краснодарские – объект превращается в полный зоопарк разных СИ. Большое количество разных приборов в разы увеличивает затраты на их обслуживание. Многофункциональные приборы невозможно откалибровать или перепроверить в ручном режиме, аналогично стрелочным. Может возникнуть ситуация, что на каждый СИ необходимо будет иметь свой комплекс. Различные протоколы и средства коммуникации требуют больших затрат на адаптацию разных приборов в существующую систему сбора данных, а в некоторых случаях это может приводить к нестыковке показаний оборудования и неадекватным действиям персонала. Невозможность согласовать каждое изменение СИ с проектантами в спорных случаях может поставить вопрос законности модернизации подстанций. В случае необходимости апгрейда договориться с десятками производителей будет невозможно.

Решение этих сложных вопросов одно: подготовка системной программы по обновлению приборного парка, в котором предусмотрены все «невидимые» вопросы.

Наиболее подходящим вариантом в этом случае будет универсальное многофункциональное устройство для измерения всех основных параметров трехфазной трех- или четырехпроводной электрической сети. Это все фазные и междуфазные токи и напряжения, частота сети, активная, реактивная и полная мощности.

Также в данном устройстве, кроме метрологических функций по точному измерению данных параметров, изделие должно обладать целым рядом коммуникационных функций. Это: дискретные входы для осуществления функций телесигнализации; дискретные выходы для решения задач по телеуправлению через внешний блок, например по CAN; релейные выходы для осуществления задач «включить», «отключить», «блокировка»; журнал событий; возможность изменения коэффициентов трансформации; часы реального времени (RTC), учет хронометрических данных (текущее время, дата). Типы интерфейсов: RS485 протокол ГОСТ Р МЭК 870-5-1-95 ModBus RTU, – до 3 каналов; Ethernet, пр. 10 Base-T ГОСТ Р МЭК 60870-5-104-2004; CAN – USB 2.0.

Практика – это критерий

Массовое использование подобных приборов на энергообъектах и у производителей более сложного энергетического оборудования поддерживается типовым проектом института «Энергосетьпроект». Типовой проект содержит рекомендации для проведения электрических измерений на ПС 35–220 кВ, рекомендации по использованию цифровых измерительных приборов в типовых схемах распределительных устройств 35–220 кВ подстанций энергосистем и примеры компоновки приборов на щитах управления подстанций 110/10 кВ, 110/35/10 кВ, 110/35/6 кВ.

Как следствие, за последние несколько лет многофункциональные средства измерения получили широкое распространение как на объектах ОАО «Холдинг МРСК», ОАО «ФСК», так и у ведущих производителей энергооборудования: ЭКРА, Самарский Электрощит, ЧЭАЗ, Московский Электрощит и т.д.

В качестве примеров можно привести несколько предприятий – представителей энергетической отрасли, которые проводят работы по модернизации сетей системно и ставят перед собой целью не просто закупку цифровых приборов, а именно модернизацию средств измерений и оптимизацию затрат на их обслуживание.

Сетевая компания Татарстана имеет пятилетнюю программу модернизации подстанций, основными целями которой является перевод в цифровой формат всех измерений и объединение в единую сеть более 400 подстанций на территории республики, а также оптимизация затрат на обслуживание установленных СИ.

Результатом реализации этой программы в 2010–2011 годах стало объединение в сеть около 40 подстанций, вывод из эксплуатации более 5000 аналоговых устройств и как следствие сокращение затрат на обслуживание в 20 раз.

Кроме измерений параметров электроэнергии энергетиками были предъявлены и требования по наличию в приборах порта Ethernet и осуществление функций телеуправления, а также возможности осуществлять автоматическую калибровку единым мобильным устройством.

В итоге в Татарской сетевой компании по завершении программы модернизации будут установлены однотипные приборы, что существенно сократит обменный фонд, требования к специалистам по обслуживанию приборов, адаптации приборов в существующую систему телемеханики, автоматизации обслуживающих процессов и решения других нестандартных задач.

По аналогичному пути пошло подразделение МРСК Урала – ОАО «Перм-энерго» после изучения опыта коллег из Татарстана: в конце 2011 года было оцифровано пять подстанций, в планах на 2012 год еще 13.

Анализ положительного опыта системных программ по обновлению приборного парка показал очевидность следующих преимуществ. Существенно сокращается количество измерительного оборудования, что приводит к повышению надежности и качества системы в целом и, как следствие, к сокращению обменного фонда. Такая модернизация подкреплена типовым проектным решением. Использование однотипного оборудования позволит облегчить его метрологическое обслуживание за счет оснащения лаборатории однотипным оборудованием. Возникают или поддерживаются тесные многолетние связи с заводами – производителями энергетического оборудования, многие из которых уже используют в типовых ячейках данное решение.

Учитывая технический уровень данных изделий, в стране, безусловно, необходима сеть сервисных центров. Однако при низком уровне брака и унификации СИ на объекте в них просто нет необходимости, достаточно иметь несколько стандартных приборов в обменном фонде, а в случае выхода из строя менять прибор и отправлять его изготовителю для выяснения причин, ремонта или замены.

В заключение хотелось бы сделать вывод, что такие прямые связи «производитель – конечный потребитель», о которых говорится в статье, необходимы обеим сторонам. Важно, когда конечный потребитель в итоге получает то изделие, которое действительно решает его проблемы и может использовать завод в качестве площадки для совместной разработки и обмена опытом.

Елена Романова