Мы посмотрели, как на объекте пищевой промышленности организован мониторинг трех трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ. Нагрузка на производстве стабильная, но требования к надежности высокие: остановка электроснабжения приводит к браку продукции и простою оборудования.
Разберем архитектуру системы, используемые интерфейсы и несколько интересных решений — от пассивных датчиков температуры контактных соединений до ультразвукового контроля коронных и частичных разрядов.
Исходная задача
Заказчик поставил задачу организовать мониторинг трех трансформаторных подстанций (ТП) 6/0,4 кВ на предприятии пищевой промышленности. Требовалось контролировать:
температуру масла в силовых трансформаторах;
температуру обмоток сухих трансформаторов;
температуру контактных соединений в распределительных шкафах;
параметры микроклимата в помещениях подстанций.
Также необходимо было измерять параметры электрической энергии — как для учета, так и для диагностики работы оборудования. При отклонении измеряемых параметров от нормальных значений система должна отправлять уведомления в Telegram.
Общая архитектура
В каждой ТП интегратор АДС установил контроллер Wiren Board 7 со встроенным 3G/4G-модемом и модулями ввода-вывода. Контроллер собирает данные по RS-485 (Modbus RTU) и дискретным входам, а через релейные модули управляет сигнальными лампами и звуковым оповещателем для местной индикации состояния оборудования.
В качестве программного обеспечения на контроллере используется IntraSCADA. Система обрабатывает данные, выполняет диагностику и передает результаты на выделенный виртуальный сервер. Те же данные отображаются на HMI-панели оператора. При потере связи мониторинг продолжает работать локально, а после восстановления канала IntraSCADA синхронизирует накопленные данные с сервером.
Почему выбрали Wiren Board
Интегратор выбрал контроллер Wiren Board, потому что на нем хорошо работает IntraSCADA. Операционная система Linux, используемая на контроллере, упрощает создание собственных сервисов для опроса устройств с нестандартными протоколами. Например, на одной из подстанций контроллер опрашивает датчики РФСенс.
В других проектах на контроллере разворачивали сервисы опроса измерительных устройств ESM компании «Энергосервис»: скрипты на JavaScript выполняли сбор данных, которые сохранялись в базе PostgreSQL прямо на контроллере. При этом контроллер не только выполнял опрос устройств, но и обеспечивал хранение данных, контроль размера базы и очистку старых записей.
Дополнительными преимуществами контроллера Wiren Board инженеры интегратора назвали поддержку большого числа Modbus-устройств, удобный веб-интерфейс для настройки и возможность установки модуля резервного питания в контроллер. Также интегратор отметил хорошую работу технической поддержки. Наличие двух Ethernet-портов позволяет одновременно подключать контроллер к двум сетям — например, к локальной сети предприятия и сети устройств с интерфейсом Ethernet.
Дополнительные фото
Подстанция №1: сухие трансформаторы
Здесь контролируют:
температуру обмоток сухих трансформаторов (по RS-485 от цифрового температурного реле типа ТР100);
температуру и влажность воздуха в помещении — WB-MS v.2;
учет электроэнергии — счетчик «Меркурий 230»;
открытие двери (механический датчик с роликом);
видеонаблюдение (камера по Ethernet).
Также используется модуль дискретных входов WBIO-DI-HVD-16. На него поступают сигналы датчика открытия двери и дополнительных контактов автоматических выключателей.
На этой подстанции реализовали решение с видеонаблюдением: IP-камеру подключили напрямую к контроллеру Wiren Board 7 по Ethernet без использования отдельного видеорегистратора. Контроллер через плагин IntraSCADA получает изображение с камеры по HTTP-запросу к API камеры: отправляет GET-запрос и получает сжатый JPEG-кадр в теле ответа. По этому принципу формируются снимки по событию — например, при срабатывании датчика открытия двери. Кроме того, камера периодически передает изображения на веб-сервер для отображения в системе визуализации.
Снимки система автоматически отправляет в Telegram ответственным сотрудникам, также изображение можно запросить вручную. При временном отсутствии связи с сервером снимки сохраняются локально в каталоге на контроллере и хранятся ограниченное время — около пяти минут. После этого старые изображения удаляются. Таким образом, контроллер выполняет не только функции сбора телеметрии, но и роль простого видеоконтроля по событиям без отдельного видеорегистратора и без ведения длительного видеоархива.
Дополнительные фото
Подстанция №2: масляные трансформаторы и локальный HMI
Здесь также установлен контроллер Wiren Board 7. Дополнительно используются:
HMI-панель;
релейный модуль WB-MR6CU v.2;
термопары с интерфейсом Modbus RTU от ОВЕН для измерения температуры масла.
Датчик температуры масла устанавливают в штатный маслонаполненный стакан (термометрический карман) в баке трансформатора. Во многих трансформаторах такие места предусмотрены для установки аналоговых термометров и манометров, однако сами приборы часто не входят в стандартную комплектацию и заказываются отдельно.
В помещении распределительного устройства 0,4 кВ и в отсеках трансформаторов установлены датчики микроклимата WB-MSW v.4. Локальная HMI-панель дает оператору быстрый доступ к параметрам без подключения к серверу, при этом контроллер передает те же данные в систему мониторинга.
Дополнительные фото
Подстанция №3: тоже масляные трансформаторы и локальный HMI
На третьей подстанции также установлен контроллер Wiren Board 7 с модулями ввода-вывода. Контроллер принимает сигналы с дискретных входов и через модуль WBIO-DO-R10A-8 управляет сигнальными лампами и звуковым оповещателем для местной сигнализации состояния оборудования.
В помещении распределительного устройства 0,4 кВ и в отсеках трансформатора установлены датчики микроклимата WB-MSW v.4. HMI-экран подключен к контроллеру по RS-485 и отображает текущие параметры электрооборудования подстанции.
По функционалу это полноценный узел системы мониторинга, аналогичный двум другим подстанциям. Отдельно реализован контроль температуры контактных соединений внутри вводно-распределительных устройств.
Дополнительные фото
Температура контактных соединений 6 кВ без проводов и батареек
На третьей подстанции контролируют температуру контактных соединений и токоведущих шин во вводно-распределительных устройствах. Для этого используют датчики РФСенс, разрабатываемые совместно с партнером. Задача непростая из-за высокого напряжения в точке измерения.
Система РФСенс состоит из двух частей: беспроводного пассивного датчика температуры и радиоэлектронного высокочастотного считывающего устройства. Датчики устанавливают под шайбу прижимного болта на токоведущих элементах и шинах распределительных устройств напряжением до 35 кВ. Опрос выполняется по радиоканалу, а значения температуры через интерфейс RS-485 передаются в контроллер Wiren Board и далее в систему мониторинга.
Подробный принцип работы и конструкция датчиков описаны на официальной странице компании — мы приводим ссылку, чтобы не перегружать текст физикой процесса.
Дополнительные фото
Ультразвуковой датчик коронных разрядов
В офисе АДС показали еще одну собственную разработку для диагностики ячеек комплектных распределительных устройств напряжением 6 кВ и выше — ультразвуковой датчик, фиксирующий поверхностные коронные и частичные разряды.
Коронный разряд возникает до пробоя изоляции, поэтому его обнаружение на ранней стадии позволяет предотвратить аварию.
Датчик опрашивается по Modbus RTU. Фактически это элемент предиктивного обслуживания: система реагирует не на саму аварию, а на ее ранние признаки.
Датчик опасного напряжения без питания
Последнее, что нам показали в офисе компании, — стационарный индикатор опасного напряжения БИН-01АДС, предназначенный для профилактики электротравматизма. Устройство фиксирует наличие опасного электрического потенциала в электроустановках 6–35 кВ и не требует внешнего источника питания. Датчик работает по емкостному принципу, без гальванической связи с землей, и реагирует на электрическое поле вокруг токоведущих частей.
При появлении напряжения индикатор формирует прерывистую световую сигнализацию, при необходимости — звуковую. Его устанавливают внутри шкафов КРУ, КРУН, КСО и КТП среднего напряжения в зоне возможного доступа персонала к токоведущим частям.
Устройство не содержит батарей, не требует обслуживания и начинает работать сразу после появления высокого напряжения. Подробные характеристики и чертежи приведены на официальной странице разработки.
Заключение
Компания АДС разрабатывает и внедряет системы диспетчеризации для объектов энергетики. Параллельно команда развивает собственные решения: системы беспроводного контроля температуры токоведущих элементов (с пассивными датчиками и считывающим устройством), а также автономные индикаторы опасного напряжения без питания, рассчитанные на работу в сложных условиях высоковольтных электроустановок.
Нам было интересно посмотреть, как контроллеры Wiren Board используют в системе мониторинга подстанций. В этом проекте IntraSCADA работает непосредственно на контроллерах, которые собирают данные оборудования и обеспечивают работу системы мониторинга. При потере связи с сервером мониторинг продолжает работать локально, а после восстановления канала накопленные данные синхронизируются.
