На фоне некоторой неоднородности рынка автоматизации электроэнергетики в отрасли востребованными остаются решения, призванные повысить производительность и направленные на обеспечение бесперебойности работы энергетического комплекса. Также эксперты отмечают повышение требований в области защиты информации среди предприятий, задействованных в энергетической сфере.
Автоматизация в электроэнергетике: задача со звездочкой
Электроэнергетический комплекс в такой огромной стране, как Российская Федерация, имеет свои особенности. Прежде всего, это огромная протяженность линий электропередачи и многообразие источников генерации (газотурбинные и парогазовые установки, паросиловые энергоблоки, ядерные реакторы, электростанции на базе ВИЭ и др.).
Генерирующие мощности объединены в Единую национальную энергосистему (ЕНЭС) России, поэтому изменение в режиме работы, например, в Сибири может оказывать влияние на режим работы в европейской части страны. Для минимизации или полного исключения таких колебаний в режимах используются устройства релейной защиты, технологической, противоаварийной и режимной автоматики объектов генерации.
Кроме того, в современной электроэнергетике автоматизация позволяет решать следующие не менее важные задачи:
- Повышение надежности работы энергогенерирующего оборудования и устойчивости энергетической системы в целом;
- Защита энергосети от перегрузок и коротких замыканий;
- Снижение влияния человеческого фактора на принятие решений;
- Диагностика электрооборудования, основанная на анализе данных о его использовании и режимах работы;
- Прогнозирование развития ситуации на основе накопления больших объемов данных. Экспертные диагностические системы на первом этапе выдают оценку состояния оборудования с расчетом сроков его возможного отказа, а в последующем могут автоматически генерировать команды на принудительное изменение режима (включение, отключение, изменение нагрузки);
- Возможность внедрения системы управления надежностью и эффективностью активов. Эта задача решается за счет повышения качества планирования ремонтных работ, при котором учитываются факторы риска, связанные с каждым обслуживаемым энергообъектом, а также имеющиеся финансовые и производственные ограничения. Такой подход направлен на повышение эффективности принятия решений в области управления производственными фондами, призван обеспечить грамотную оценку рисков и планирование капитальных затрат, связанных с эксплуатацией фондов;
- Предотвращение, локализация и снижение последствий аварий;
- Автоматизация управления питанием электрооборудования;
- Обеспечение нормального уровня напряжения и бесперебойного энергоснабжения потребителей;
- Минимизация потребления электрической энергии;
- Снижение потерь в электросетях;
- Автоматизация учета энергопотребления;
- Сокращение контакта человека с электричеством, что повышает уровень безопасности, способствует снижению травматизма и улучшает условия труда персонала;
- Повышение производительности труда за счет снижения времени от появления заявки до окончания ремонтно-восстановительных работ;
- Увеличение срока эксплуатации основного технологического оборудования;
- Расширение возможностей оборудования.
Помимо этого, автоматизация способствует формированию ряда косвенных выгод:
- Применение современных технологий и передовых разработок обеспечивает рост интереса к отрасли со стороны молодежи;
- Появление инновационных решений, которые могут быть применены в смежных отраслях, таких как металлообрабатывающая и химическая промышленность, логистика и др.;
- Снижение себестоимости 1 кВт*ч, потерь в электрических сетях и издержек обслуживания создает предпосылки для уменьшения тарифов для населения.
Следует отметить, что, по оценкам большинства отраслевых специалистов, автоматизация технологических процессов, которые ведутся на электростанциях, – это комплексная и сложная задача. Степень ее сложности на порядок выше, чем, например, в случае автоматизации технологических процессов, скажем, в химической промышленности.
Решение таких задач с использованием программируемых логических контроллеров (ПЛК) и коробочных программных продуктов, поставляемых на условиях «как есть» со стандартными для всех покупателей функциями и с набором базовых возможностей, практически невозможно. Их можно решить только с применением программно-технических комплексов (ПТК), предусматривающих решение всех вопросов обеспечения нужного уровня надежности, быстродействия и детерминированности.
Программный пакет ПТК должен содержать обширный и достаточный для основных технологических функций набор ПО, функциональных блоков, библиотек базовых элементов и т.п.
Для установки на энергоблоках необходимы не классические ПЛК с определенным набором функций и операторов, а свободно программируемые контроллеры с возможностью загрузки любой программы, написанной на стандартных технологических языках.
Также нельзя сбрасывать со счетов масштабность задач управления на объектах электроэнергетики, которые содержат сотни функциональных и технологических узлов, тысячи каналов контроля и управления. Их автоматизация невозможна без подготовки полноценного проекта и рабочей документации, без заполнения проектной базы данных, из которой в полуавтоматическом режиме, исключающем ручной ввод параметров, должен программироваться ПТК.
Все элементы системы должны быть тщательно подогнаны друг к другу, протестированы и проверены в реальных условиях в течение нескольких лет. Только после этого можно говорить о появлении новой версии ПТК, которую в дальнейшем будут тиражировать по всей стране.
Существуют нюансы, о которых сложно рассказать в нескольких словах. В качестве примера можно привести одно из наиболее важных требований, предъявляемых к ПТК в энергетике.
Речь идет об устойчивости к любому единичному отказу какого-либо элемента программно-технического комплекса с сохранением функций управления энергообъектом. Эта задача решается с помощью ряда мер и решений в архитектуре и структуре ПТК, в особенностях системного ПО и др.
В качестве примера можно привести программно-технический комплекс «Торнадо», предназначенный для автоматизации технологических процессов в сфере энергетики, генерации энергии и энергоснабжения. Система класса DCS (Distributed control system) характеризуется уникальными возможностями по масштабируемости, надежности и производительности.
Согласно заявлению разработчиков, с помощью ПТК «Торнадо» можно в короткие сроки создать полнофункциональные системы контроля и управления технологическими процессами любой сложности.
АСУ ТП и кибербезопасность энергообъектов
Электростанции, центры питания и трансформаторные подстанции зачастую работают десятки лет с использованием устаревших компонентов. Механические устройства и коммутирующее оборудование с ручным управлением создают системы, подверженные техническим ошибкам и влиянию человеческого фактора.