Введение

В устройствах электроснабжения требуется обеспечить контроль и управление состоянием электрооборудования.

Различают следующие виды управления: местное, дистанционное, телеуправление. Местное управление – управление коммутационным аппаратом от местной кнопки или ключа управления, расположенного вблизи коммутационного аппарата. Дистанционное управление – управление коммутационным аппаратом с удаленного на безопасное расстояние поста (щита, пульта) управления. Телеуправление – дистанционное управление, при котором для уменьшения числа каналов связи между объектом управления и управляемыми объектами, служащих для передачи приказов, применяются методы избирания.

Для осуществления контроля в настоящее время используется телесигнализация и телеизмерения. Телесигнализация – передача на расстояние сигналов о состоянии контролируемого объекта. Телеизмерение – измерение на расстоянии величин, характеризующих режимы работы контролируемого объекта. Совокупность телеуправления и телеизмерения принято называть телеконтролем.

Во многих отраслях используется диспетчерское управление, являющееся централизованным видом управления из одного пункта. Этот пункт называют диспетчерским пунктом (ДП), а лицо, осуществляющее управление - диспетчером (в электрохозяйстве - энергодиспетчером). Техническим средством, обеспечивающим эффективность работы диспетчера, является телемеханика. В частном случае телемеханика – преобразование и передача технических данных, связанных с системой, от человека к техническим устройствам или от технических устройств к человеку и включает телеуправление, телесигнализацию и телеизмерение. Рассмотрение систем телемеханики, обеспечивающих обмен данными между техническими устройствами, в данном пособии не рассматривается.

Наличие человека в системе учитывается при выборе параметров системы телемеханики. Возможности человека по восприятию информации уступают возможностям технических средств. Количество информации, которое нервная система человека способна передать в мозг при чтении текстов составляет примерно 16 бит/с, одновременно в сознании человек может удержать 160 бит. Время реакции на акустические и оптические сигналы находится в пределах 140-250 мс. Закон Меркаля (1885 г.) оценивает время реакции человека (Т, мс) на выполнение задания выбора из N объектов по выражению Т=200+180 * log2(N). При высокой способности человека к различению (1500 оттенков яркости, 330 уровней громкости, 2300 высот звука) одновременно он может различить не более 5-7 значений. Поэтому многие решения, принимаемые при создании систем телемеханики, учитывают указанные возможности человека.

Телемеханика широко применяется в электроэнергетике, на транспорте, в промышленности. На неэлектрифицированных железных дорогах для нужд энергетиков может использоваться система телемеханики, обслуживающая несколько различных служб.

В пособии рассматриваются системы телемеханики, применяемые для электрифицированных железных дорог. Тяговые подстанции, посты секционирования, пункты параллельного соединения, станции рассматриваются в этих системах как контролируемые пункты (КП), а коммутационная аппаратура (выключатели, разъединители, автоматы) как объекты управления и контроля. Применяемые в настоящее время системы телемеханики передают информацию по традиционным (телефонным) каналам связи в тональном диапазоне (300-3400 Гц) и части надтонального диапазона частот (3400-3780 Гц) со скоростью от 16 до 1200 бит/с. Этого становится недостаточно для передачи информации с современных тяговых подстанций, насыщенных интеллектуальным оборудованием. В то же время на железных дорогах начато широкое применение оптоволоконных каналов связи, общая пропускная способность которых может доходить до 10⁹ бит/с. Представляется, что эти возможности будут использованы и для систем телемеханики.

История развития систем телемеханики восходит к 1835 году, когда Дж. Генри изобрел устройство, названное им «Реле». Одним из первых устройств автоматического контроля и автоматической сигнализации исследователи считают так называемую подводную «телеграфическую мину» Б. С. Якоби, созданную им в 1842–1843 годах. На берегу устанавливался специальный телеграфный аппарат, включенный последовательно в цепь с источником тока, ртутным соединителем и электрическим запалом. Ртутный соединитель представлял собой две стеклянные трубки, изогнутые под углом и наполненные ртутью, в которую были вплавлены платиновые проволочки. При соприкосновении с кораблем прибор наклонялся в ту или другую сторону, при этом происходило замыкание цепи, и срабатывал электрический запал. Тогда включенный телеграфный аппарат сигнализировал наблюдательному посту о столкновении с судном.

На электрических железных дорогах нашей страны можно выделить несколько поколений систем телемеханики.

Первое поколение (1946-1958 гг.). Релейно–контактная система телемеханики. Впервые введена на участке Москва – Раменское. Наработка на отказ ее устройств на первых порах не превышала одного месяца.

Второе поколение (1959-1975 гг.) – ВНИИЖТом, при участии проектного института Трансэлектропроект, разработана система БСТ-59 (для тяговых подстанций и постов секционирования) и БТР-60 (для разъединителей контактной сети). К 1962 г. была разработана система ЭСТ-62, получившая широкое распространение на сети дорог. Основа элементной базы аппаратуры БСТ-59; БТР-60 и ЭСТ-62 – дискретные полупроводниковые приборы. Конструктивно система ЭСТ-62 выполнена по модульному принципу.

Третье поколение (1976-1983 гг.) – связано с внедрением системы телемеханики «Лисна». В ней применены более надежные кремниевые полупроводниковые приборы, усилена помехоустойчивость элементов, увеличена емкость по числу команд и сигналов, введены телеизмерения напряжений и токов, а также определение расстояния до места к.з. в контактной сети и ВЛ СЦБ..

Четвертое поколение (1984-89гг.) – аппаратура выполнена на интегральных микросхемах. Система МРК-85, МСТ-95.

Пятое поколение (с 1990 года) – программно-аппаратные технические средства. К системам этого поколения относится разработка НИИЭФА-ЭНЕРГО автоматизированной системы телемеханического управления АСТМУ. Отличительной особенностью этой системы являются использование современных компьютерных технологий.

Основным экономическим эффектом от внедрения систем телемеханики считается ускорение времени подготовки технологических «окон». Если до внедрения телемеханики для подготовки работ на контактной сети требовалось в среднем 30 мин., то при релейно-контактной системе это время составило » 15 мин. При электронных системах время подготовки снизилось до 3 мин. Дальнейшее повышение экономической эффективности телемеханики ожидается с получением возможности телемеханического мониторинга состояния оборудования и соответствующим обслуживания этого оборудования по техническому состоянию.

Системы телемеханики до четвертого поколения включительно относятся к системам с жесткой аппаратурной логикой. Функциональные возможности заложены в систему на стадии проектирования и в процессе монтажа, при эксплуатации не могут быть изменены или дополнены. В этих поколениях телемеханики принципы подключения внешних цепей изменялись мало, что позволяло сохранить существующий монтаж исполнительных цепей на контролируемых пунктах.

Системы пятого поколения относятся к системам с гибкой программируемой логикой. Для этого поколения характерна возможность эмуляции работы отдельных частей систем предшествующих поколений и новые возможности работы с микропроцессорными контроллерами современных тяговых подстанций.

В состав диспетчерского пункта может входить автоматизированное рабочее место энергодиспетчера (АРМ ЭЧЦ) – программный комплекс, который облегчает работу диспетчера, ведет учет событий, автоматизирует документооборот и содержит справочные и нормативные документы. Кроме того, программа производит анализ действия диспетчера для предотвращения аварийных ситуаций, предостерегает от потенциально опасных действий и предлагает диспетчеру оптимальные варианты. АРМ ЭЧЦ может быть подключен к существующим системам телемеханики прежних поколений через специальный адаптер, например, ТОПАЗ или являться одной из задач, функционирующих в компьютерной системе и взаимодействующей, например с автоматизированной системой телемеханического управления (АСТМУ).

В настоящее время развитие телемеханики идет в нескольких направлениях. Создаются централизованные энергодиспетчерские пункты дорог ЦЭДП, для передачи информации используются корпоративная сеть передачи данных (СПД), применяются радиоканалы. Предполагается организация взаимодействия систем телемеханики с создаваемыми информационно-аналитическими системами мониторинга оборудования тяговых подстанций. Развитие автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) способствует созданию надежных линий связи, которые могут быть использованы для систем телемеханики.