Программный комплекс автоматизации электрических сетей

Автоматизированная система управления 
эксплуатацией распределительных электрических сетей
(программный комплекс).

Настоящий программный комплекс, предназначенный для  автоматизации управления эксплуатацией распределительных электрических сетей (РЭС) 0,4 – 35 кВ систем электроснабжения городов, промышленных предприятий и сельского хозяйства, является составной частью единого программно – технического  комплекса «ЭРИС» ( Энергетическая  Расчетно-Информационная  Система ).

Обеспечивает как автоматизацию процесса эксплуатации РЭС в целом, так и ее отдельных рабочих мест - руководства предприятия, диспетчерской службы, сотрудников ПТО и архива, мастеров производственных участков, сотрудников службы РЗА и др.

Является одним из ключевых элементов комплекса мероприятий по существенному снижению коммерческих потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях, которые главным образом и определяют величину потерь по энергосистеме в целом (включая высоковольтные линии, подстанции, электростанции и т.д.).

Рис. 1. Структура программного комплекса ЭРИС-ПО

- в процессе разработки

Программный комплекс предназначен для работы в локальной вычислительной сети (ЛВС) одного энергетического предприятия на основе серверной операционной системы технологии NT и СУБД Microsoft SQL Server 7.0, 2000.

Представляет собой информационную систему на основе клиент-серверной технологии с широкими сервисными возможностями и состоит из серверной (БД) и клиентской (рабочие места и отдельные задачи) частей.

Поддерживаются режимы работы экрана 800х600, 256 цветов и выше. Желательно иметь ЛВС 100 МБит/с. Возможна установка в однопользовательском режиме при отсутствии на предприятии ЛВС.

Представляет собой информационную систему, отражающую иерархию и взаимосвязи оборудования и линий РЭС.  Содержит данные по оборудованию, линиям, потребителям, организационной и территориальной структурам сетевого предприятия. Отражает его деятельность по эксплуатации, ремонтам, реконструкции сети. Система паролей обеспечивает различный уровень прав доступа к различным блокам в соответствии с заранее утвержденной иерархией.

Архив по оборудованию

Назначение: хранение, учет, поиск  и использование информации по линиям и электротехническому оборудованию предприятия.

Возможности программы:

• организация учета электротехнического оборудования и слаботочных устройств,   находящихся на балансе предприятия;
• ведение картотек паспортов подстанций, воздушных и кабельных линий, кабельных сооружений, трансформаторов,  потребителей и вводно-распределительных устройств;
• просмотр данных по работам, выполненным персоналом на линиях и подстанциях;
• автоматизированное формирование отчетов по установленной форме и задаваемым  формам, определенным  потребностями производства.

 Перечень основных картотек программы “Архив”: 

• центры питания, РП,   подстанции;
• кабельные линии;
• силовые трансформаторы;
• потребители;
• воздушные линии;
• кабельные сооружения;
• журнал телефонограмм по раскопкам;
• релейная защита и автоматика.

Абоненты

Назначение:  создание схем объектов сети низкого напряжения, базы данных  потребителей до 1 кВ и выше 1 кВ, документов потребителей на включение и т.д.

Возможности программы:

• создание и редактирование схем сетей низкого напряжения (см. рис. 2);
• быстрый поиск потребителя и схемы его питания по номеру подстанции, наименованию, номеру ввода и адресу  потребителя;
• просмотр, занесение и редактирование данных по потребителям, данных по организации и персоналу потребителя;
• просмотр, занесение и редактирование  данных по оборудованию низкого напряжения подстанций, кабельных линий до 1 кВ, данных оборудования ВРУ потребителей из графической схемы;
• создание схем питания потребителей для акта разграничений, обозначение границ балансовой и эксплуатационной ответственности;
• автоматическое формирование списка оперативных переговоров;
• печать документов для потребителей  по стандартным формам предприятия.

Рис. 2. Пример схемы сети низкого напряжения

Справочная система

Назначение: хранение и использование справочной информации  по линиям, типовому электротехническому оборудованию, типовым проектам и информации организационного характера.

Возможности программы:

• формирование БД по справочным данным ВВ и НВ электрооборудования, трансформаторам  (каталожные, паспортные, справочные данные);
• заполнение классификаторов; 
• справочник адресов обслуживаемой территории;
• список персонала сетевого предприятия; 
• организационная структура и производственные службы предприятия;
• данные по организациям – партнерам и их персоналу.

Рис. 3. Пример экранной формы работы со справочной системой

Назначение: Является сетевым многопользовательским программным комплексом, работающим с графической базой данных. Обеспечивает соответствие графических объектов схемы сети и объектов оборудования. Благодаря интеграции всех подсистем в единую информационную систему, из графических схем можно создавать и редактировать данные паспортов оборудования так же, как в подсистеме “Архив”. Графические схемы сопровождаются информацией базы данных по оборудованию, например, по маркам и сечениям линий, параметрам оборудования и многому другому.

Общие свойства подсистемы:

• многопользовательская работа (одновременная работа со схемами сразу многими пользователями);
• доступ к информации из базы данных по оборудованию;
• формирование графических объектов схемы в макрообъекты - подстанции, потребители, распределительные устройства и т.д., что позволяет рассматривать каждый из них как единое целое и работать с ним как с единым объектом;
• формирование библиотеки типовых элементов сети и фрагментов их схем;
• создание иерархических альбомов схем (многоуровневая графическая система);
• возможность одновременного редактирования схемы и работы с оперативной схемой;
• ввод новых схем в работу, редактирование изменения схем;
• ведение оперативных изменений в схемах сети;
• проведение всего комплекса оптимизационных, электротехнических и других расчетов на основе данной графической подсистемы.

Графический редактор

Назначение: создание в компьютерном варианте электрических схем электросетевых объектов.

Возможности программы:

• Создание разных типов схем - общая мнемосхема сети (ОМС), топологические планы (ГЕО-схемы), РУ ВН, РУ НН и планы подстанций, эскизы кабельных трасс, поопорные схемы ВЛ, схемы потребителей для актов разграничений,  схемы сети  НН,  схемы РЗА и телемеханики, эскизы журнала изменений;
• широкие сервисные возможности при рисовании  схем - размещение элементов в разных слоях схемы, запоминание шаблонов рисования линий, текстов, декоративных элементов и свойств по слоям, изменение цвета отображения объектов или фона и т.д.;
• масштабирование изображения, удобство скроллинга схем, поиск изображения подстанции на схеме по ее диспетчерскому наименованию;
• организация связи электрических объектов на схеме с их данными в базе по оборудованию,  возможность просмотра и редактирования данных по оборудованию и линиям;
• переход от упрощенной схемы объекта на мнемонической схеме всей сети к его более подробной  электрической схеме, планам и эскизам;
• автоматическая прокладка и изменение трасс линий (ВЛ, КЛ) на мнемонической схеме сети при добавлении элементов, изменении положения объекта, например, подстанции, с которыми связаны эти линии;
• организация переходов по всем схемам, где есть изображение  данного оборудования;
• наличие библиотеки типовых схем;
• группировка нескольких элементов сети в макрообъекты, согласно их иерархии в схеме: ячейки, секции, подстанции, потребители;
• печать схемы целиком или выделенного фрагмента.

Рис. 4. Фрагмент общей мнемосхемы сети

Редактор библиотеки элементов

Назначение: создание графических изображений элементов электрических схем.

Возможности программы:

• создание и редактирование условного обозначения элемента из графических примитивов; 
• задание изображения элемента в различных состояниях (включено, отключено, повреждено, в ремонте и др.);
• создание библиотек графических элементов;
• создание и редактирование свойств типов элементов;
• масштабирование изображения при рисовании;
• отмена операций при редактировании графических примитивов, копирование изображения  элемента, поворот изображения;
• использование механизма привязок, т.е. точный расчет координат при пересечениях,  касательных, перпендикулярах;
• режим подсветки заливок, задание базового цвета для рисования элемента на схеме в мелком масштабе.

Рис. 5. Фрагмент редактора библиотеки элементов

Данный блок разработан и программно реализован для отслеживания выполнения оперативных работ на электротехнических объектах электрических сетей.

Ведение оперативной работы

Назначение: ведение изменения состояния элементов сети в графической подсистеме.

Возможности программы:

• просмотр схем сети без редактирования;
• поиск схем  и информации  по диспетчерскому наименованию подстанций; 
• ведение оперативного состояния объектов сети на графической схеме - “Включено”, “Отключено”, “Повреждено”, “В ремонте”, а также для линий состояния - “Отболчено”, “Заземлено”, для КА – “Заземлено”, “Установлены колпаки” и т.д.;
• занесение и дальнейший просмотр истории и протоколов работ - отключения, повреждения, ремонта, раскопки, испытания для линий и оборудования сети;
• просмотр из схемы сети информации из БД по подстанциям, потребителям,  оборудованию, линиям;
• переходы по логически связанным схемам - переход в другую схему, где есть изображение данного объекта оборудования, переходы в схемы заполнения, т.е. более детальные схемы объекта более низкого уровня;
• выделение цветом и значками поврежденных, отключенных, заземленных линий и оборудования;
• выделение линий и оборудования цветом в соответствии с их балансовой принадлежностью;
• выделение цветом потребителей первой категории;
• подпись на схеме сети марок, сечений, длин линий, типов оборудования в соответствии с их паспортными данными и т.д.;
• список оперативных переговоров.

Рис. 6. Пример регистрации текущего оперативного состояния сети

Журнал изменений схемы

Назначение: постоянное своевременное поддержание информации об изменениях в схеме сети, централизованное ведение изменений и оповещение сотрудников предприятия сетей о введенных изменениях. 

Под изменениями схемы понимаются следующие их основные типы:

• новое включение (добавление нового фрагмента сети или оборудования);
• реконструкция схемы сети; 
• ликвидация части сети или оборудования; 
• перевод на другое напряжение. 

Возможности программы:

• занесение данных события – изменения схемы, создание эскиза “Схема до изменения” и “Схема после изменения” в соответствии с проектом;
• изменение данных в БД по оборудованию -  занесение  новых объектов, редактирование данных по существующим;
• автоматическое формирование журнала прокладки кабельной линии при врезке в линию подстанции и ввода,  а также при ликвидации и вырезки из линии подстанции или ввода (история работ по повреждениям и ремонтам для линий сохраняется);
• автоматическое изменение наименования линий и данных потребителей при изменении диспетчерского номера подстанции в результате перевода на другое напряжение или реконструкции схемы;
• занесение, просмотр и редактирование протоколов работ по изменению схемы - протокол изменения, протокол монтажа, протокола приемки;
• редактирование графических изображений изменяемых объектов на всех схемах, где они присутствуют (список схем выдается программой автоматически); 
• возможность одновременно вносить изменения в схемы и продолжать оперативную работу со схемами, что предполагает наличие двух версий схем -  рабочей и  редактируемой;
• ввод изменения схемы в эксплуатацию, когда ввод и редактирование данных по оборудованию закончены, комплект графических схем подготовлен - все изменения вступают в силу, и создается   новая рабочая версия схем, все сотрудники предприятия будут работать только с новыми  данными и новым комплектом схем; 
• оповещение  сотрудников об изменении в сети и получение от них подтверждения, что они с ним ознакомлены;
• просмотр информации об изменении схемы  за определенный период, т.е. архива изменений схемы.

Рис. 7. Пример экранной формы журнала изменения схем

Повреждаемость

Назначение: учет повреждений и  ремонтов кабельных линий и оборудования,   оформление протоколов работ, ведение статистики  и т.д.

В работе с данным блоком участвуют:

• руководитель предприятия  –  работа в режиме просмотра;
• диспетчер – заполнение информации по выводу из работы линий и оборудования, испытаниям и вводу их в работу после ремонта;
• измеритель  -  заполнение протоколов и эскизов ОМП; 
• мастер производственного участка – заполнение протоколов раскопки и ремонта;
• инженер ПТО, архива –  автоматизированное изменение трассы КЛ в связи с ремонтом, замена поврежденного оборудования.

Возможности программы:

• ведение сводки поврежденных кабельных линий и оборудования;
• ведение сводки по реконструкциям, перекладкам линий, а также по другим видам отключений;
• учет работ, выполняемых персоналом по устранению повреждений;
• ведение статистики по объемам ремонтов, реконструкциям и перекладкам кабельных  линий и т.д., расчет их трудозатрат;
• ведение документации, связанной с работами на линиях, в том числе автоматизированное ведение кабельного журнала;
• программная проверка совпадения места очередного повреждения линии с местом предыдущих повреждений и определение  ремонта по гарантии;
• сохранение архивных данных по повреждениям, реконструкциям и прочим отключениям,  получение  истории работ на линии или оборудовании.

Рис. 8. Основная экранная форма блока «Повреждаемость»

Схемы низкого напряжения

Назначение:  ведение оперативной работы по схемам низкого напряжения.

Возможности программы:

• быстрый поиск потребителя и схемы его питания по номеру подстанции, наименованию,  номеру ввода и адресу  потребителя;
• просмотр данных по оборудованию низкого напряжения подстанций, информации о  потребителях, их ВРУ и т.д.; 
• отображение и изменение оперативного состояния в схемах НН;
• отображение схем временного электроснабжения - шлангового кабеля и перемычек,   создание текста оперативных  комментариев;
• отображение на схемах сети необходимой информации из базы данных;
• выделение цветом потребителей  первой категории;
• выделение цветом линий и оборудования в соответствии с балансовой принадлежностью;
• подписи марок, сечений и длин линий, токов плавких вставок  предохранителей, токов  расцепителей автоматов и т.д

Рис. 9. Фрагмент схемы низкого напряжения

Генератор отчетов

Назначение:   автоматизированное формирование отчетов по установленной в отрасли форме и  формам, задаваемым в соответствии  с  потребностями производства. 

Объекты отчетности:

• линии;
• подстанции;
• трансформаторы;
• потребители;
• персонал и организации;
• сводки поврежденных и отключенных кабельных линий и оборудования;
• данные о повреждениях в сети;
• данные о проведенных ремонтах.

Общие возможности для всех отчетов

• получение списков и суммарных данных по состоянию на текущий момент или за определенный период;
• получение списков и суммарных данных по производственным службам  и сетевым участкам для  каждого объекта отчетности;
• получение отчетов с различными условиями выборки, реализованы возможности выбора по группе условий и для каждого условия по нескольким пунктам;
• запоминание условий выборки под определенным названием отчета; 
• получение и печать отчетов по формам, принятым на предприятии.

Примеры  отчетов:

• список подстанций по различным условиям выборки - типу подстанции, дате  включения, дате вывода из эксплуатации, типу абонентской части, типу балансовой принадлежности оборудования и строительной части,  расположению и др.;
• список подстанций в краткой и подробной форме, а также данные по электрооборудованию и строительной части; 
• список кабельных линий, список проложенных кабелей по различным условиям выборки - дате прокладки, ввода и вывода из эксплуатации, балансовой принадлежности, условий прокладки, длине, типу линии (питающая, распределительная, низкого напряжения) и др., а также суммарные данные по длине кабеля и количеству муфт и концевых заделок и др.;
• список линий с данными последних повреждений, ремонтов и испытаний;
• список потребителей в краткой и полной форме, а также расшифровки потребителя и список вводов по различным условиям выборки; 
• список трансформаторов и журнала передвижки по различным условиям выборки; 
• список персонала сети в краткой и подробной форме, список организации-абонентов и персонала абонентов, список оперативных переговоров и т.д.;
• сводка поврежденных и отключенных линий и оборудования на текущий и заданный момент времени;
• суммарные данные о повреждениях по различным параметрам выборки - периода повреждения, причины повреждения и др.; 
• данные о трудозатратах по ремонтам линий;
• произвольный отчет с выборкой многократно повреждающихся линий и т.д.

Рис. 10. Пример экранной формы блока «Генератор отчетов»

Информационно-аналитическая система энергосбыта

Назначение:   в процессе эксплуатации позволяет осуществлять постоянный мониторинг уровней электропотребления абонентов во времени и контроль их платежей за потребленную электроэнергию, а также комплексный анализ этих показателей с целью выявления наиболее вероятных мест недоучета электроэнергии.

Возможности программы:

• формирование данных о реальном потреблении электроэнергии потребителями и абонентами с накоплением статистики;
• формирование данных о реальной оплате за электроэнергию с накоплением статистики;
• формирование данных о приборах учета, их состоянии, контроле и обслуживании;
• расчет значений потребления электроэнергии на основании данных характеристик потребителей;
• расчет величин потребления электроэнергии и оплаты за нее на основании характеристик потребителей;
• анализ динамики реального электропотребления и оплаты за электроэнергию по группам потребителей и иным показателям во временной развертке;
• расчет реальных  технических потерь электроэнергии в элементах сети с накоплением информации по их стоимости;
• расчет коммерческих потерь электроэнергии и их стоимости;
• сравнение реального и расчетного электропотреблений и платы за электроэнергию отдельных потребителей, абонентов, фидеров и узлов нагрузки;
• выделение узлов сети с расхождениями реального и расчетного электропотреблений в заданных пределах.

Подсистема “Учет электроэнергии” увязывается с техническими средствами и программным обеспечением автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) и систем анализа показателей качества электроэнергии (АПКЭ).

Наиболее сложный, в теоретическом плане, из всех остальных блоков. Получает информацию из базы знаний по алгоритмам принятия решений  диспетчером, информацию о схеме сети, библиотечные модели оборудования, данные по оборудованию предприятия, релейной защите и автоматике, данные о состоянии сети и т.д. Используется практически вся информация, содержащаяся в рассмотренных ранее информационных блоках. 

Применяемые алгоритмы используют многолетний опыт теоретических исследований алгоритмов расчетов, оптимизации и принятия решений в распределительных электрических сетях систем электроснабжения, проводившихся на кафедре электроэнергетических систем Московского энергетического института (технического университета).

Назначение: получение информации о параметрах режима сети при  различных ее состояниях, расчет обобщенных технико-экономических характеристик эксплуатации сети, формирование советов и подсказок диспетчеру по оптимальному ведению режимов сети в нормальных и послеаварийных состояниях и т.д.

Возможности программы:

• автоматическое формирование на основе данных по оборудованию и графической  схемы сети расчетного графа ее текущего  состояния  для  анализа режимов сети и управления ими;
• расчет  режима сети  (токов в ветвях и напряжений узлов)  для ее текущего  нагрузочного  и  коммутационного состояния  с  учетом действия системной автоматики  -  одно- и двусторонние АВР в сети 6-10 кВ и АВР 0,4 кВ на контакторных станциях или автоматических  выключателях;
• отображение результатов расчетов в удобном виде и автоматическое выделение перегруженных элементов;

• "Информационный  подсказчик  диспетчера"  для   послеаварийных режимов:

1. выделение участка сети без питания и расчет его суммарной отключенной  мощности (тока);
2. отображение  смежных  с  ним  коммутационных  аппаратов  и секций шин, через  которые  может быть подано питание  на отключенный  участок  с  указанием  максимально возможной мощности (тока) "помощи" через каждый из этих аппаратов, не приводящей к перегрузке  других  элементов сети;

• "Режимный  советчик  диспетчера"  для  послеаварийных режимов, позволяющий автоматически формировать несколько возможных вариантов  коммутационных  послеаварийных состояний сети,  в которых  все потребители получают питание и  выполняются следующие критерии:

1. нагрузки всех элементов в допустимых пределах;
2. обеспечена заданная надежность питания;
3. минимум необходимого количества  оперативных переключений;
4. выполнение оперативных переключений по возможности только масляными  выключателями   и   выключателями нагрузки;
5. минимизация потерь мощности и энергии в сети;

• Оптимальная стратегия перехода  в  выбранное послеаварийное состояние и автоматическое формирование бланков оперативных переключений:

1. минимальное количество коммутационных переключений;
2. минимизация времени и дальности переездов при выполнении оперативных переключений;
3. соблюдение всех норм и правил техники безопасности (последовательность действий с коммутационными аппаратами в  сети) при  выполнении  переключений;

• Определение оптимальных мест нормального деления сети, обеспечивающих:

1. минимум потерь мощности и энергии в сети;
2. необходимый  уровень надежности для наиболее ответственных потребителей;
3. соответствие нормативным материалам  по  ведению режима сети (например, точки деления   на   автоматических коммутационных  аппаратах  и  т. д.);

• Оптимальная стратегия поиска поврежденного участка при отключении группы последовательно  соединенных  линий (фидера) автоматическим коммутационным аппаратом  на  головном  участке с  целью  минимизации:

1. перерыва питания наиболее ответственных потребителей;
2. времени локализации поврежденного участка;
3. аварийно недоотпущенной электроэнергии потребителям;
4. количества оперативных переключений;
5. переездов с одного объекта на другой;

• Расчет  уровней  токов  короткого  замыкания в любой точке  сети при одно-, двух- и трехфазных КЗ, выбор параметров  релейной защиты и автоматики;
• Расчет  показателей  надежности  потребителей   при   различных оперативных  и структурных  изменениях  в сети.

Рис. 11. Пример отображения результатов расчета режима сети на ее общей мнемосхеме

Опыт промышленной эксплуатации АСУ РЭС “ЭРИС-ПО” в течение 5 лет в различных сетях Московского региона показал ее высокую эффективность. Данная система успешно решает поставленные перед нею задачи и может быть рекомендована для широкого применения в распределительных электрических сетях.

Модули программного комплекса в настоящее время находятся в промышленной эксплуатации, в том числе, на следующих предприятиях:

• Московская кабельная сеть ОАО Мосэнерго (7-й район); 
• Муниципальное унитарное предприятие «Химкинская электросеть»;
• Муниципальное предприятие «Ногинская электросеть»;
• Муниципальное предприятие «Электросеть» г. Домодедово;
• ОАО «Международный  аэропорт   Шереметьево».