Автоматизированная система технической диагностики электрических параметров цепей оперативного постоянного тока

Под системой оперативного постоянного тока (СОПТ) на электростанциях и подстанциях чаще всего подразумевается комплект электронного оборудования для обеспечения резервного электропитания аппаратов релейной защиты и автоматики, систем предупредительной сигнализации и аварийного освещения. Типовой состав СОПТ предполагает наличие зарядно-подзарядных преобразователей аккумуляторных батарей, щита постоянного тока, а также электрических шкафов ввода/распределения и блоков предохранителей. Проектирование СОПТ с точки зрения надежности, долговечности и ремонтопригодности предполагает решение вопросов, связанных с организацией системы мониторинга, контролем сопротивления изоляции и ряда других важных проблем [1, с. 119].

Автоматизированные системы технической диагностики предоставляют возможность контролировать состояния электрических параметров системы оперативного постоянного тока в режиме реального времени [2, с. 51]. Применение аппаратно-программных средств 1

мониторинга значительно повышает надежность системы, сокращает время на восстановление СОПТ. В дополнение к этому, грамотно спроектированная современная система мониторинга должна программно реализовывать «интеллектуальные» алгоритмы прогнозирования возможных неисправностей для своевременного проведения ремонтнопрофилактических работ.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И КОНТРОЛЯ

Рис.1. Структура системы мониторинга электрических и технологических параметров системы оперативного постоянного тока: БП – блок питания; УСИ – устройство сбора информации; БИ – блок индикации; БТВ – блок тестового воздействия; БКДС – блок контроля дискретных сигналов; БКАБ – блок контроля аккумуляторной батареи; БКИ – блок контроля изоляции; БКНТ – блок контроля напряжения и тока; ПК – персональный компьютер.

Функции мониторинга и контроля электрических и технологических параметров в структуре системы оперативного тока, предлагаемой на рисунке 1, реализуются в виде отдельного автоматизированного комплекса технической диагностики.

Разработка программного обеспечения для каждого измерительного блока предполагает применение специализированных IDE для конкретной фирмы-производителя микроконтроллера, лежащего в его основе. В рассматриваемой конфигурации вычислительное ядро микропроцессорного блока представляет собой микроконтроллер STM32.

Рис. 2. Схема взаимодействия IDE с целевой платформой.

На рисунке 2 наглядно продемонстрирована схема взаимодействия интегрированной среды разработки Eclipse с целевой платформой микропроцессорного измерительного блока. Связь с микроконтроллером осуществляется через драйвер ST-LINK/V2. При установлении связи OpenOCD (Open On-Chip Debugger) открывает telnet-соединение. Это необходимо для того, чтобы отладочная утилита GDB (GNU Debugger) могла управлять микроконтроллером. Далее, как только telnet-соединение произошло, Eclipse запускает файл GDB с указанием порта, к которому нужно подключиться. После этого в отладочную программу отправляются команды инициализации: стереть flash-память, провести запись файла прошивки, а также установить точку остановки на main.c.

Питание функциональных блоков системы производится от шины питания 24 В, а обмен данными – по интерфейсу CAN [3]. В БИ через УСИ поступают данные от функциональных блоков. Кроме этого, с панели оператора передаются команды управления реле сигнализации в УСИ, а также в АСУ ТП.

Блок тестового воздействия получает уставки от БИ, в соответствии с которыми выполняет функции измерения и контроля общего сопротивления изоляции СОПТ, сопротивления изоляции полюсов и секций СОПТ, напряжения полюсов относительно «земли» и напряжения главных шин.

Функция микропроцессорного измерительного блока контроля напряжения и тока сводится к измерению тока, напряжения его пульсаций в заданных точках СОПТ. Измерение тока проводится с помощью шунтов и датчиков тока. Похожий на БКНТ по конструктивному исполнению и выполняемым функциям, БКАБ, кроме всего прочего, определяет степень заряда и разряда аккумуляторной батареи. Блок контроля дискретных сигналов, соответственно, осуществляет мониторинг состояния коммутационных аппаратов шкафа ввода и распределения [4].

Рис. 3. Макет испытательного стенда системы мониторинга оперативного тока.

Поскольку в условиях учебной лаборатории проведение проверки функционирования комплекса на реальной системе оперативного тока не представляется возможным, был разработан макет испытательного стенда. На рисунке 3 приведен общий вид экспериментального стенда для проверки функционирования, отладки программного обеспечения системы мониторинга и контроля оперативного тока.

Главные шины СОПТ имитируются подачей на входы измерительных блоков постоянного напряжения 0-300 В от двух последовательно соединенных лабораторных блоков питания на 150 В и 1,2 А. Пульсации тока можно задать универсальным генератором сигналов. С помощью ключевых элементов реализуется возможность формирования дискретных сигналов, а применение схемы магазина сопротивлений позволяет задавать сопротивление изоляции.

Отображение и задание уставок может производиться как с блока индикации, реализованного на платформе операционной системы Linux, так и удаленно с рабочего ПК оператора участка. Для связи панели оператора с ПК устанавливается программное обеспечение удаленного доступа. В разработанной конфигурации используются программа Tight VNC. В блоке индикации запускается сервер-программа, а на ПК – программа-клиент.

Пользовательский интерфейс панели оператора максимально прост и интуитивно понятен. Некоторые оконные формы интерфейса системы мониторинга и контроля оперативного тока представлены на рисунках 4 – 6 соответственно.

Сигнализация осуществляется посредством индикации аварийных и предупредительных цветовых маркеров и сообщений самодиагностики комплекса в окне «Состояние комплекса» панели оператора (рис. 4). При выходе параметров микропроцессорного блока за пределы уставок индикатор окрашивается желтым цветом.

Рис. 4. Вкладка «Состояние комплекса».

Аварийные сообщения для каждого блока регистрируются в журнале с одновременным срабатыванием соответствующего реле сигнализации при первом определении комплексом аварийного состояния. Оконная форма вкладки «Журнал событий представлена на рисунке 5. Зеленый цвет записи в журнале означает, что параметр возвращается в нормальное состояние. Помимо этого, интерфейс предполагает задание уставок для каждого измерительного блока. Так для блока контроля напряжений и токов задается верхняя и нижняя граница действующих значений пульсаций тока и напряжения, а из вкладки «Аккумуляторная батарея», показанной на рисунке 6, можно узнать находится ли в нормальном состоянии напряжение асимметрии и температура аккумуляторной батареи.

Рис. 5. Вкладка «Журнал событий».

Рис. 6. Вкладка «Аккумуляторная батарея».

Созданная автоматизированная система технической диагностики выгодно отличается от аналогичных средств мониторинга и контроля распределенной организацией микропроцессорных измерительных блоков. Применение операторной панели на платформе операционной системы Linux позволяет оператору анализировать электрические параметры системы оперативного постоянного тока в режиме реального времени и удаленного доступа. Это позволяет значительно повысить надежность СОПТ, сократить время на ее восстановление, а программно реализуемые «интеллектуальные» алгоритмы прогнозирования неисправностей делают возможным своевременно проводить ремонтнопрофилактические работы.