ABB Review 4 2008 · Стильная концепция Living Space ... 4 Выключатель . сверхвысокого напряжения . АББ. 20

www.abb.com/abbreview

4 / 2008

Выключатель-рекордсмен: оборудование сверхвысокого напряжения

Страница 20

FlexPicker™ IRB 360: робот-упаковщикСтраница 29

АББРевю

Корпоративный технический журнал группы АББ

Обзор инноваций 2008 годаСтраница 6

Плоды инноваций

Электрическая лампочка – самый яркий

символ технического прогресса. Благо-

даря искусственному освещению чело-

вечество смогло открыть для себя новые

сферы деятельности, а расширение

возможностей каждого отдельного чело-

века привело к невиданному промышлен-

ному скачку. И вообще, электрический

свет – наиболее заметное достижение

человечества, особенно если смотреть

на Землю из космоса.

Не все инновации столь впечатляющи,

но каждая из них – это передовое дости-

жение в своей области. Данный выпуск

АББ Ревю называется «Плоды иннова-

ций» и посвящен наиболее ярким дости-

жениям компании в 2008 г.

Современное общество объединяется для решения общемировых про-

блем. Наиболее острыми из них является быстрое истощение запасов

питьевой воды, сокращение основных энергоресурсов и отрицательные

последствия глобального потепления.

Средства массовой информации призывают к необходимости резко из-

менить отношение общества к этим проблемам и требуют поиска новых

технологий для их решения. Однако нередко можно обойтись и без новых

технологий. Часто самое эффективное решение – изменить имеющиеся

технологии так, чтобы с их помощью решать возникающие проблемы.

Но склонные к сенсациям масс-медиа редко замечают эти изменения,

несмотря на то, что они могут быть очень действенными. Технологические

нововведения происходят незаметно для постороннего глаза, но они помо-

гают отвечать на все новые и новые вызовы, с которыми мы сталкиваемся

в настоящее время. Для того чтобы применить существующие технологии

для решения новых задач, долговременных усилий прилагать не требуется.

Небольшие шаги в нужном направлении зачастую приводят к быстрому по-

лучению решений, хотя это и не вызывает широкого интереса.

Возьмем, для примера, гигантские возможности, которые открывает эконо-

мия энергии в многоквартирных и индивидуальных жилых домах, офисных

и заводских зданиях. Воспользовавшись для решения этой проблемы уже

существующими технологиями, компания АББ ценой небольших усилий

разработала дружественную к пользователю систему управления «Living

Space», повышающую энергетическую эффективность оборудования здания.

Компания АББ в настоящее время ведет прокладку подводных кабелей посто-

янного тока высокого напряжения, соединяющих гигантские морские ветро-

электростанции с наземными потребителями, а также гидроэлектростанции

в Норвегии с энергосистемой Нидерландов. Данные инновации позволяют

получать энергию от возобновляемых источников, находящихся в крайне

труднодоступных местах.

Для электроснабжения испытывающих крайнюю потребность в энергии

мегаполисов на восточном побережье Китая строятся ЛЭП сверхвысокого

напряжения выше 1 МВ, длина которых составляет тысячи километров.

Столь высокое напряжение позволяет резко сократить потери, харак-

терные для традиционных ЛЭП. Но для такой линии требуется коммута-

ционное оборудование, выдерживающее миллион вольт. Компания АББ

гордится тем, что именно она смогла изготовить для Китая первое в мире

КРУЭ 1100 кВ.

Возможности роботов тоже не стоят на месте. АББ выпустила Flex-Picker

второго поколения – высокоскоростной робот-сортировщик мелких пред-

метов для производственных линий. Он способен выполнять 130 операций

в минуту, перемещать грузы массой до килограмма с точностью до милли-

метра и с ускорением более 10 g.

И это только некоторые примеры внешне незаметных эволюционных до-

стижений АББ. Наша компания продолжает совершенствовать технологии

и разрабатывать новые решения, которые помогут справиться с вновь воз-

никающими проблемами. В этом выпуске АББ Ревю мы хотели поделиться

с вами некоторыми из наших достижений. Результаты исследований и раз-

работок, в которые ежегодно вкладывается $ 1 млрд., принадлежат вам, наши

заказчики. Вместе мы сделаем жизнь лучше!

Приятного вам чтения

Питер Тервиеш

Глава департамента технологии

ABB Ltd.

От редакции

Незаметная эволюция

3АББ Ревю 4/2008

Обзор инноваций

6Инновации 2008 годаАББ Ревю рассказывает о восьми наиболее значимых инновациях уходящего года.

Инновационные изделия

11Living Space – жизненное пространствоСтильная концепция Living Space® от компании Busch-Jaeger – это возможность изящного энергосбережения.

15Сразу в дамки!Реле серии RE_60_ готовы к работе в распределительных системах.

20Прорыв в области коммутацииРаспределительное оборудование АББ с элегазовой изо-ляцией устанавливает новый рекорд в области сверхвысо-кого напряжения.

25Чем умнее платформа, тем умнее процессАББ представляет усовершенствованную систему контроля качества для бумажного производства.

29Выбрать победителя и упаковаться по полнойРобот FlexPickerTM второго поколения пакует быстрее всех.

Инновационные системы

34Укрощение нестабильностиУсовершенствованная система глобального мониторинга помогает поддерживать стабильность энергосети.

40Будущее – сегодняКрупнейшая в мире морская ветровая электростанция пе-редает энергию на берег по подводной ЛЭП постоянного тока.

44Встроенная защитаО безопасности нужно помнить всегда. В System 800xA High Integrity безопасность является неотъемлемой функ-цией системы управления.

Исследования и разработки

49Эффективное обеспечение топливомСистема 800xA компании АББ успешно справляется с уп-равлением небольшими установками по производству биоэтанола.

АББ Ревю 4/2008 Плоды инноваций

Содержание

4 АББ Ревю 4/2008

6

15

34

51

51Требуется хороший кожухРабота на улице требует соответствующей экипировки. Но-вые изоляционные материалы позволяют измерительным трансформаторам комфортно чувствовать себя и под солн-цем, и под дождем.

55Под наблюдениемСтабильная работа энергосистемы невозможна без все-стороннего мониторинга и расширенного управления.

Всегда в первых рядах

59HVDCИнновационный подход может вдохнуть новую жизнь в старые идеи. Благодаря АББ линии постоянного тока становятся конкурентоспособными.



Инновации 2008 года

Разработкой новой продукции занимаются более 6000 ученых и инженеров из располо-

женных по всему миру лабораторий и исследовательских центров АББ.

Ежегодно они добиваются выдающихся достижений в различных областях, и поэтому

выбрать наиболее значительные из них довольно сложно. В этом номере представлена

только небольшая часть из достойных упоминания достижений, выбранных так, чтобы

показать различные области, в которых специалисты АББ ведут разработки.

На первых страницах журнала мы коротко познакомим вас с этими инновациями.

Более подробно они будут описаны в статьях этого номера АББ Ревю.


Функционально и стильно

Повышение энергетической эффектив-

ности оборудования зданий приобретает

все большую важность в условиях из-

менения климата. Построенные на дат-

чиках и исполнительных устройствах

системы интеллектуального управления

автоматически управляют освещением

в зависимости от времени суток, а также

поддерживают комфортную температуру

в помещениях при наименьшем энерго-

потреблении. Кроме того, они управляют

охранной сигнализацией, аудио- и ви-

деоаппаратурой, а также связью через

интернет. Итак, технологии комплексно-

го управления зданиями уже созданы.

А как обстоит дело с их применением?

Входящая в группу АББ компания Busch-Jaeger

представляет концепцию Living Space® – но-

вый этап в развитии технологий управления

зданиями, сочетающими гибкость и комфорт

с эффективностью и безопасностью.

Интуитивно-понятный пользовательский ин-

терфейс системы очень похож на интерфейсы

других хорошо знакомых современным пользо-

вателям коммуникационно-информационных

систем. Для управления всей инфраструктурой

здания используются сенсорные экраны.

С их помощью, например, вы можете проверить

показания электрических счетчиков, посмотреть

новости или прогноз погоды, и одновременно

включить музыку на другом этаже.

Ничто не обеспечивает экономию энергии

в зданиях столь эффективно, как сенсорные

панели и передовая технология Living Space

от Busch-Jaeger.

Более подробная информация содержится в статье «Living Space – жизненное пространс-тво» на с. 11 этого номера АББ Ревю.

Раз – и готово

Разработка новой продукции нередко

усложняется бюджетными ограничениями

и переносами сроков. Очень часто они

вызваны нечеткими техническими требо-

ваниями или изменениями, вносимыми

в процессе проектирования. Компания

АББ представляет новые реле бюджетного

класса, разработанные по принципу «готов

с первого раза».

Сроки их разработки были существенно

сокращены благодаря тщательному анализу

технических требований и строгому соблюде-

нию спецификаций. Принцип «готов с первого

раза» предусматривает создание только одного

опытного образца и его постановку на произ-

водство без последующих переделок и доводок.

Это достигается за счет компьютерного моде-

лирования работы аппаратной и программной

части изделия.

Данные бюджетные реле предназначены для рас-

пределительных установок. REJ601 и REF601 –

трехфазные реле с интерфейсом для подклю-

чения пояса Роговского – питаются от вспомо-

гательного источника и осуществляют защиту

от сверхтока и замыкания на землю. Трехфазное

реле REJ603 с интерфейсом для подключения

трансформаторов тока питается от защищаемой

цепи и осуществляет защиту от сверхтока и за-

мыкания на землю. Первым в продаже появилось

реле REJ603, остальные будут выпущены в бли-

жайшее время.

Более подробно об этих реле и их разработке можно узнать из статьи «Сразу в дамки!» на с. 15.



Раннее предупреждение

Обеспечивающие нас высококачествен-

ной электроэнергией системы электро-

передачи состоят из тысяч километров

воздушных линий и подземных кабелей.

Сотни электростанций снабжают энерги-

ей миллионы потребителей, находящихся

в самых разных местах. Подобная систе-

ма очень чувствительна даже к малейшим

нарушениям, которые в неблагоприятных

условиях могут усилиться и привести

к отказу – полному отключению электро-

снабжения.

Чем раньше сетевой оператор будет предуп-

режден о критическом развитии событий,

тем успешнее он сможет их предотвратить.

Сетевым операторам необходимы системы ран-

него предупреждения, позволяющие, например,

обнаружить изменение частоты тока в Испании,

которое способно привести к отключению в Шве-

ции, и принять меры по его предотвращению.

Используемые электрическими компаниями

традиционные системы диспетчерского управле-

ния и сбора данных (SCADA) такими возможнос-

тями не обладают. Разработанное АББ решение

Network Manager объединяет SCADA и системы

управления электроснабжением. Оно обладает

возможностями глобального мониторинга

и предоставляет полный набор средств контроля

сетей, протяженность которых может составлять

тысячи километров. Относительно небольшое

количество фазорных измерительных блоков,

установленных в стратегических точках сети, дает

представление стабильности её работы в реаль-

ном масштабе времени.

Более подробная информация содержится в статье «Укрощение нестабильности» на с. 34 этого номера АББ Ревю.

КРУ с элегазовой изоляцией достигло рекордного напряжения

В Китае, где электростанции на западе

страны отделены от потребителей на вос-

токе расстояниями в тысячи километров,

реализуется проект строительства ЛЭП

1100 кВ переменного тока. Увеличенное

в два раза по сравнению с традиционны-

ми 550 кВ напряжение позволяет снизить

потери вчетверо, что дает гигантскую

экономию.

Разумные размеры подстанций столь высокого

напряжения обеспечиваются только при ис-

пользовании комплектных распределительных

устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ).

Компания АББ вместе со своими партнерами

совершила прорыв в область сверхвысоких на-

пряжений, выпустив первое в мире КРУЭ 1100 кВ.

Подстанция с этим КРУЭ была смонтирована

в 2008 г. возле города Джингмень в центральном

Китае. Через нее происходит передача части

энергии, вырабатываемой находящейся на севере

Китая ГЭС «Три Ущелья».

Типовые испытания компонентов КРУЭ прово-

дились одновременно в китайских, шведских

и швейцарских лабораториях. Данный проект

не только открыл новую эпоху в передаче

электроэнергии сверхвысокого напряжения,

но и продемонстрировал эффективность совмес-

тного проектирования силами ведущих мировых

производителей.

Более подробная информация содержится в статье «Прорыв в области коммутации» на с. 20 этого номера АББ Ревю.



Новая система контроля качества для бумажного производстваНовая платформа Network Platform

от АББ – ключевой компонент системы

контроля качества при производстве бу-

маги. Она позволяет значительно снизить

производственные расходы и подтвержда-

ет репутацию АББ, как ведущего мирового

поставщика систем контроля качества.

Современное бумажное производство объ-

единяет в себе невообразимое множество

технологических процессов. Важным элементом

этого сложного комплекса является сканирующая

платформа. Её датчики измеряют такие характе-

ристики, как влажность или ориентация волокон

бумаги. Собранные датчиками данные обрабаты-

ваются по сложным алгоритмам, в результате чего

генерируются команды управления бумагодела-

тельной машиной.

Network Platform характеризуется передовыми

решениями, полностью соответствующими

современным стандартам, а также способностью

адаптации к перспективным технологиям.

Новые средства диагностики и отображения

расширяют доступ к данным технологического

процесса. Все это, вместе с простотой и гибкос-

тью системы, уменьшает требования к подготовке

персонала, облегчает конфигурирование на месте

установки и эксплуатацию.

В случае изменения исходных требований теперь

достаточно двух-четырех часов, чтобы создать,

установить и испытать новый объектный код.

Чтобы еще больше увеличить переносимость

и обслуживаемость ПО, здесь использован стан-

дартный язык производственного применения

C++.

Более подробно о Network Platform от АББ можно узнать из статьи «Чем умнее платформа, тем ум-нее процесс» на с. 25 этого номера АББ Ревю.

Шторм не страшен

В настоящее время наблюдается все

большая потребность в использовании

возобновляемых источников энергии. Так

в Балтийском и Северном морях плани-

руется строительство ветровых электро-

станций общей мощностью 15 000 МВт.

Сейчас реализуется первая очередь

данного проекта. Являясь пионером в об-

ласти ветроэнергетики, Германия строит

крупнейшую в мире ветровую электро-

станцию в Северном море. Расчетная

пропускная способность ее электросети

составляет примерно 6 300 МВА.

Для транспортировки электроэнергии более

чем на 100 км требуется линия электропере-

дачи постоянного тока (HVDC) с преобразова-

для соединения с ветроэлектростанцией в Север-

ном море. 128 км подводного и 75 км подземного

кабеля соединят первый комплекс морских ветро-

энергетических установок с трансформаторной

подстанцией на побережье Германии.

Более подробная информация содержится в ста-тье «Будущее – сегодня» на с. 40 этого номера АББ Ревю.

тельными подстанциями. Компания АББ недавно

продемонстрировала эффективность применения

технологии HVDC Light®, построив ЛЭП Estlink

между Финляндией и Эстонией менее чем за 20

месяцев, что является мировым рекордом в дан-

ной области.

Сейчас АББ планирует поставку первых линий

HVDC Light номинальной мощностью 400 МВт



Новое поколение роботов FlexPicker™

Вновь разработанный FlexPicker™ вто-

рого поколения подтвердил, что АББ

остается ведущим поставщиком быс-

тродействующих роботов-укладчиков

и упаковщиков, потребность в которых

неуклонно возрастает.

Новый FlexPicker IRB 360 обладает всеми

конструктивными преимуществами IRB

340, но отличается увеличенной грузоподъем-

ностью и гибкостью использования, занимает

меньшую полезную площадь и требует меньшего

обслуживания. Основная конструкция дельта-

робота осталась неизменной. Она включает три

манипулятора, каждый в виде параллелограмма,

соединенные через универсальные «суставы»

с захватом для инструмента. Тяжелые приводные

электродвигатели остались в базовом корпусе,

поэтому легкие манипуляторы могут двигаться

быстро и с воспроизводимой точностью.

Новые роботы стали более компактными

и производительными, что позволяет увеличить

производительность при меньшей занимаемой

площади. Модернизированные контроллеры

управления движением QuickMove™ и TrueMove™

также занимают меньшую площадь и обладают

меньшим временем цикла, что позволяет выпол-

нять задачи меньшим количеством роботов. Мо-

дернизированный контроллер устанавливается

на все роботы FlexPicker IRB 360. Выдающиеся

возможности по управлению движением позво-

ляют увеличить грузоподъемность и снижают

вероятность повреждения в результате столкно-

вения (при обнаружении опасности происходит

аварийный останов).

IRB 360 лучше отвечает строгим санитарным

требованиям пищевой промышленности. Он

легко моется струей горячей воды под дав-

лением с близкого расстояния. Дальнейшие

совершенствования коснулись повышения

надежности компонентов, благодаря чему

FlexPicker нового поколения менее требовате-

лен к обслуживанию.

Более подробная информация содержится в ста-тье «Выбрать победителя и упаковаться по пол-ной» на с. 29 этого номера АББ Ревю.

Система управления с функциями обеспечения безопасности

Где бы вы ни находились, дома или на ра-

боте, нарушение норм безопасности – это

верный путь к несчастному случаю.

На предприятиях обрабатывающей

промышленности соблюдение техники

безопасности контролируют не только

сами работники, но также специальные

реле и комплексные системы защиты.

Традиционно система безопасности явля-

ется независимой опцией, дополняющей

систему управления производством.

Но возрастающая сложность технологи-

ческих процессов делает эту опцию менее

гибкой и более дорогостоящей. Компания

АББ решила данную проблему, выпустив

систему безопасности 800xA High Integrity,

которая может полностью интегрировать-

ся в платформу управления System 800xA.

Поскольку 800xA High Integrity является

составной частью платформы управления

System 800xA, операторы получают все необхо-

димые сведения и о технологическом процессе,

и о параметрах, связанных с безопасностью. Они

могут обрабатывать все события и аварийные си-

туации по мере их возникновения, что позволяет

принимать своевременные решения по предо-

твращению опасных последствий.

Поскольку аппаратное и программное обес-

печение систем безопасности и управления

технологическими процессами во многом схо-

жи, время подготовки персонала значительно

сокращается.

В 2008 г. платформа 800xA High Integrity была

сертифицирована на соответствие уровню безо-

пасности SIL31).

Более подробно о платформе 800xA High Integrity можно узнать из статьи «Встроенная защита» на с. 44 этого номера АББ Ревю.

1) Уровень безопасности (SIL) – относительная степень

снижения риска. В обрабатывающей промышленности

обычно наивысшим считается уровень SIL3.

10 АББ Ревю 4/2008



Мы живем в обществе, где оперативный доступ

ко всем видам информации стал нормой. Мобиль-

ные телефоны, например, поддерживают широкий

спектр функций, от «простых» телефонных звонков

до выхода в интернет и отправки электронной почты,

а заодно и фотографируют, записывают видео и от-

лично воспроизводят музыку. Подобная универсаль-

ная платформа впервые становится доступной еще

в одной, очень важной в практическом отношении

области, а именно, в управлении оборудованием

зданий. Разработав концепцию Living Space®, ком-

пания Busch-Jaeger вооружила АББ совершенной

технологией управления оборудованием, которая

обеспечивает высокую функциональную гибкость,

комфорт, эффективное использование энергии и бе-

зопасность. Living Space не только открывает доступ

ко всей необходимой информации, но и позволяет

оптимизировать потребление энергии в зданиях.

Living Space – жизненное пространствоУправление оборудованием здания вышло на новый уровеньБернхард Дёрстел



В данном случае решающую роль играют мел-

кие детали. В качестве примера можно назвать

цветовую кодировку функций, таких как уп-

равление освещением, положением жалюзи,

отоплением или «световыми конфигурациями»

(включением определенных светильников с тре-

буемой яркостью). Функция общего освещения

обозначена желтым цветом (символизирующим

солнце и яркий свет), функции отопления

обозначены оранжевым (тепло и комфорт),

управление жалюзи отмечено синим (прохлада

и цвет неба). Пурпурный, символ экстравагант-

ности, театра и эстрады, обозначает управление

«световыми конфигурациями» (рис. 1). Эта ко-

дировка не связана с языком и понятна во всех

странах мира.

Концепция пользовательского управления,

на которой основана новая серия изделий

Busch-Jaeger, открывает широкий выбор реше-

ний, от распределенной системы управления

до центрального мультимедийного пульта.

Единый пульт управления для всех комнатНовый пульт управления комнатным оборудова-

нием, Busch-priOn, заполняет нишу между клас-

сической фирменной программой включения

светильников и современными универсальными

панелями управления. Это наглядное и интуи-

тивно понятное средство управления оборудо-

ванием зданий – освещением, отопительными

приборами, кондиционерами, жалюзи и т. п. Им

удобно пользоваться, поскольку все его функции

имеют цветовой код. А модульная конструкция

позволяет легко адаптировать Busch-priOn к за-

просам пользователя (рис. 2).

Элегантный интерфейс, за которым скрыто хитро-умное оборудование зда-ния, – это существенный плюс.

Большой арсенал функций пульта открывает

перед пользователем богатый выбор возмож-

ностей. Светильники, жалюзи, бытовая элек-

троника доступны как для индивидуального,

так и для группового управления. Достаточно

нажать кнопку, чтобы создать комфортную

атмосферу – свет приглушен, жалюзи закрыты,

играет любимая музыка.

При разработке Bush-priOn главным приорите-

том было удобное и простое управление. Оно

основано на сенсорных и поворотных органах

управления. Центральный блок – это графичес-

кий ЖК дисплей на тонкопленочных транзис-

торах (TFT) и регулирующая ручка с цветной

Современная система инженерного оборудо-

вания – ключевое условие для снижения рас-

хода энергии в зданиях. Как показали недавние

исследования, схемы комплексного управления,

охватывающие освещение, отопление и кондици-

онирование, дают возможность сократить расход

энергии почти на 60 %.

Хотя этот потенциал экономии уже известен,

а потребность в экономии весьма велика, уни-

версальные системы управления отнюдь не стали

общей нормой. Почему? Даже в промышленно

развитых странах многие люди боятся применять

слишком сложные, по их мнению, технологии.

Столкнувшись с неэргономичными телевизора-

ми, видеорекордерами или компьютерами, ко-

торыми невозможно воспользоваться, не изучив

толстенные руководства, люди не хотят повторно

наступать на те же грабли. Отрасли промышлен-

ности, выпускающие потребительские товары,

учитывают этот феномен и пытаются разра-

ботать такие системы управления сложными

устройствами, которые не требуют квалифици-

рованного обращения.

Чтобы привлечь потребителей, энергосбере-

гающие системы инженерного оборудования

здания должны иметь удобный пользовательский

интерфейс.

Еще одно условие распространения данной

технологии – продуманный дизайн. Поскольку

интуитивно понятный пользовательский ин-

терфейс – это единственная доступная взгляду

часть системы инженерного оборудования,

очень важно, чтобы покупатель не только знал

об экономических и экологических преимущес-

твах системы, но и видел стильное, элегантное

решение.

Как показали недавние исследования, схемы комплексного управления, охватывающие освещение, отопление и кондиционирование, позволяют сократить расход энергии почти на 60 %.

Для большинства людей стильный интерфейс,

за которым скрыто хитроумное оборудование

здания, – это существенный плюс, помогающий

преодолеть неприятие новой технологии.

АББ осознала такую необходимость и сделала

свои продукты и системы, предназначенные

для обслуживания зданий, еще более удобными

и элегантными. Новинки компании Busch-Jaeger,

Bush-priON и Bush-ComfortTouch, станут пер-

вопроходцами технологий, благодаря которым

оборудование всех типов зданий станет более

эффективным и безопасным.

1 Пример «световой конфигурации», которую можно включить одним нажатием кнопки

12 АББ Ревю 4/2008

Living Space – жизненное пространство


панели могут программироваться пользователем

и охватывают все сферы «интеллектуального»

управления оборудованием здания, от регулиро-

вания отопительных приборов и кондиционе-

ров, осветителей и жалюзи до передачи сообще-

ний об авариях или о проникновении в жилище.

Даже видеосигналы от внешних систем наблю-

дения, таких как наружные видеокамеры, могут

передаваться на экран этой панели.

Цветной экран высокого разрешения с форма-

том 16:9 служит для решения множества задач.

Среди прочего этот сенсорный экран отобража-

ет план дома и фотографии комнат с органами

управления оборудованием, встроенными в эти

фотографии. Все органы управления интуитивно

понятны, и пользователю очень легко найти

нужный экран и нужный элемент.

Контроль потребляемой энергии по-могает ее экономитьСуществует много способов оптимизировать

потребление энергии домашним оборудованием,

и такая оптимизация идет на пользу и окружа-

ющей среде, и бюджету владельца. Но для этого

требуется контролировать фактическое пот-

ребление энергии, иначе невозможно оценить

успешность принимаемых мер. Панель Busch-

ComfortTouch поддерживает такую функцию,

подсветкой. Они обеспечивают интуитивно

понятное и безопасное управление всеми функ-

циями (рис. 3).

Выбор и настройка каждой функции выполня-

ются легко и быстро. С пульта можно без про-

межуточных операций включать и регулировать

яркость отдельных осветительных приборов. Все

та же ручка позволяет управлять жалюзи и зада-

вать температуру для каждой комнаты.

Эта ручка является весьма характерным, даже

стилеобразующим элементом, и в то же время

она хорошо знакома многим пользователям

(например, по автомобильным приборам

или плееру iPod).

Все управляющие элемен-ты системы, включая ЖК дисплей, имеют функцию дневной и менее яркой ночной подсветки.

Ручка может комбинироваться с другими мо-

дулями. Все управляющие элементы системы,

включая ЖК дисплей, имеют функцию днев-

ной и ночной подсветки (с разным уровнем

яркости).

Пульт Bush-priON можно сделать еще более

удобным и еще больше сократить расход энер-

гии, если на его верхней накладке установить

дополнительный инфракрасный приемник

и датчик приближения. Это удачное сочетание

дизайна и функциональности: когда человек

приближается к пульту, автоматически включа-

ется подсветка. Можно также установить датчик

температуры и термостат на нижней накладке

пульта.

Окно в мирНовая панель управления Busch-ComfortTouch

фирмы Busch-Jaeger выделяется дерзким но-

ваторством. По дизайну и материалам Busch-

ComfortTouch продолжает традиции знаменитых

панелей Busch, но отличается увеличенным дис-

плеем и значительно более широким набором

функций, стирая границу между инженерным

оборудованием зданий, бытовой электроникой

и сетевой связью.

Эта ручка является весьма характерным, даже стиле-образующим элементом, и в то же время она хоро-шо знакома многим поль-зователям.

Возможность воспроизводить изображения

и управлять сетевыми устройствами, причем

не только узлами сетей LAN или WLAN, напри-

мер, видео- и аудиоаппаратурой, но и – впер-

вые! – интернет-устройствами, делает панель

Busch-ComfortTouch интеллектуальным дополне-

нием к персональному компьютеру или, отчасти,

даже его заменой (рис. 4). Панель ComfortTouch

не только служит центральным элементом уп-

равления всей системы оборудования здания,

но и является интуитивно понятным коммуни-

кационным центром. С ее помощью можно про-

верить прогноз погоды или котировки ценных

бумаг, принять электронную почту, прослушать

музыку или посмотреть видеоклипы.

Само собой разумеется, что новая панель Busch-

ComfortTouch открывает все возможности

для удобного управления инженерным обору-

дованием здания. Этой цели служат наглядные,

хорошо структурированные экраны. Функции

2 Один (а) и три (б) элемента управления, имеющие интуитивно понятную маркировку цветом и символамиa б

3 Busch-priOn с тремя дополнительными эле-ментами управления, цвет «ламповая сажа»




Бернхард Дёрстел

Busch-Jaeger Elektro GmbH

Член группы АББ

Люденшейд, Германия

bernhard. doerstel@de. abb. com

отображая данные о расходе энергии (например,

о текущей потребляемой мощности) в виде диа-

грамм (рис. 5).

Таким образом, разработанное компанией ABB

Busch-Jaeger новое поколение систем управ-

ления оборудованием зданий создает условия

для снижения воздействия на окружающую

среду и экономии энергии в любом доме. Это

нововведение обеспечивает высокую эффек-

тивность использования энергии без снижения

уровня комфорта.

Busch-ComfortTouch и Busch-priOn поступят

в продажу с января 2009 года.

4 Панель Busch-ComfortTouch с функциями интеграции в сеть оборудова-ния здания, интернет-связи, а также аудио- и видеовоспроизведения

5 На панели Busch-ComfortTouch отображаются данные о потреблении энергии

14 АББ Ревю 4/2008


В ответ на растущую потребность в бюд-

жетных интеллектуальных электронных

устройствах (IED) компания АББ разрабо-

тала собственный модельный ряд недоро-

гих реле. Выполнению данной задачи была

посвящена программа RE_60_, запущен-

ная в конце 2005 г. Её результатом стало

создание реле REJ601, REF601 и REJ603.

REJ601 и REF601 – трехфазные реле

с интерфейсом для подключения пояса

Роговского – питаются от вспомогатель-

ного источника и осуществляют защиту

от сверхтока и замыкания на землю.

Трехфазное реле REJ603 с интерфейсом

для подключения внешних трансформа-

торов тока (ТТ) питается от защищаемой

цепи и осуществляет защиту от сверхтока

и замыкания на землю. Реле REJ603 уже

поступило в продажу. Начало выпуска

REF601 ожидается в ближайшее время.

Сразу в дамки!Инновационные разработки бюджетных интеллектуальных реле для распределительных системБернхард Дек, Виджай Шах, Корнель Шерер, Герхард Зальге




Для полного определения функциональных

качеств и технических требований в ряде случаев

были выполнены отдельные исследовательские

работы.

Разработка производилась с применением поэ-

тапного моделирования (вставка 1). Реле выдер-

жало строжайшие типовые испытания, выполне-

ние которых только недавно стало возможным

не только в условиях исследовательского центра,

но и на производстве. REJ603 стало первым

из серии новых бюджетных реле.

Принцип «готов с первого раза» предусматривает создание только одного опытного образца и его постановку на производство без последующих доработок.

Выработка технических условийДля успешной реализации принципа «готов

с первого раза» необходима выработка четких

технических условий.

Для их получения применялась специальная про-

грамма, с помощью которой были определены

исходные рыночные требования, основанные

на сведениях о потребностях конечных потреби-

телей, полученных при активном участии наших

торговых представителей по всему миру. Данные

требования были детализированы в течение

трех месяцев. Специальные предварительные

исследования позволили найти наилучший

подход к решению наиболее важных вопросов.

После окончательного определения требований

рынка были сформулированы характеристики

будущего изделия и намечены пути их обеспе-

чения. На данном этапе формированию четких

технических условий способствовал активный

диалог между командами продакт-менеджеров

и проектировщиков.

Проектирование изделияЭффективность проектирования обеспечивается

тесной интеграцией и налаженным взаимодейс-

твием по многим вопросам (рис. 1).

Точное следование принципу «готов с первого ра-

за» требует расширенного моделирования на всех

этапах создания прототипа. Электрические пара-

метры будущего изделия подробно оценивались

с точки зрения функциональности, воздействия

на окружающую среду и цены (рис. 2).

После тщательного изучения характеристик и вы-

бора необходимых компонентов была создана

электрическая схема проектируемого реле. Стан-

дартизация электронных компонентов позволила

использовать при составлении схемы продукцию

различных производителей, соответствующую

требованиям АББ. Это позволило широко ис-

пользовать компоненты, применяемые в других

изделиях ABB Distribution Automation.

При выборе микропроцессорного контроллера

учитывалась гибкость его архитектуры с точки

зрения краткосрочной и долгосрочной перспек-

тивы (возможность наращивания функций и об-

новления программного обеспечения).

Для того чтобы успешно выдержать конкурен-

цию, бюджетное изделие должно обладать

рядом преимуществ. Его цена, включающая

стоимость разработки, должна быть минималь-

ной. Оно должно обладать повышенной функ-

циональностью при сжатых сроках разработки

и организации производства. Для выполнения

этих требований АББ применила концепцию

«first-time-right» (готов с первого раза), предус-

матривающую создание только одного опытного

образца и его постановку на производство

без последующих доработок.

Вследствие этого, технические требования к бу-

дущему изделию должны быть четко сформули-

рованы с самого начала. Кроме того, необходимо

иметь ясное и полное представление о меха-

нических и электрических характеристиках,

включая выполняемые функции, воздействие

на окружающую среду (ЭМС1)), диапазон рабочих

температур, вибростойкость и ценовые аспекты.

На первом этапе разработки подразделения АББ

выполнили углубленные исследования с целью

исключения как можно большего числа неяс-

ностей перед изготовлением опытного образца.

1 Эффективность проектирования обеспечивается тесной интеграцией и налаженным взаимодействием по многим вопросам

Человеко-машинный интерфейс

Механическая конструкция

Прохождение типовых

испытаний

Компоненты (аналоговые, цифровые)

Питание

Встроенное ПО

Алгоритмы защиты

Разводка печатной платы

IED

Вставка 1. Поэтапное моделирование в АББ

Поэтапное моделирование – это средство

поддержки принятия решений по управлению

проектами и бизнесом. Из его названия сле-

дует, что решения о дальнейших действиях

принимаются по завершении очередного

этапа выполнения задачи.

2 Разработка интеллектуального электронного устройства (IED) – от схемы до прототипа

Схема

Физический прототип

Расположение компонентов

Программный прототип

Механическое моделирование

Интеграция ПО

Разводка печатной платы

16 АББ Ревю 4/2008

Сразу в дамки!


На основе электрической принципиальной схемы

выполнялась разводка печатной платы с исполь-

зованием библиотеки стандартных посадочных

мест электронных компонентов. Компоновка

платы соответствует общим требованиям для сбо-

рочных узлов, выполненных с использованием

печатного монтажа, и обеспечивает сокращение

времени её изготовления. Кроме того, распо-

ложение компонентов на плате обеспечивает

максимальную устойчивость к электромагнитным

помехам.

Расширенное моделирование применялось на всех этапах создания опытного образца.

Неотъемлемой частью изделия стало встроенное

микропрограммное обеспечение, написанное

на языке высокого уровня. Структура микро-

программного обеспечения предусматривает

возможность многократного повторного исполь-

зования модулей. Оценка времени выполнения

функций в эмулированной среде облегчила

достижение требуемого быстродействия и огра-

ничила объем доработок.

Кроме того, была разработана специальная

программа тестирования аппаратной части, поз-

воляющая оценивать работоспособность каждой

собранной платы.

Параллельно разрабатывалась физическая

конфигурация будущего устройства. В данном

процессе использовались трехмерные модели

платы с установленными компонентами. Про-

граммное моделирование всего изделия помогло

оптимизировать его компоновку, с максимальной

эффективностью использовать полезный объем

и устранить несоответствия в расположении

элементов на плате и самой платы в устройстве.

Подобный подход позволил избежать многократ-

ного решения одних и тех же проблем, характер-

ного для традиционного цикла разработки.

Программные модели прототипов были подвер-

гнуты анализу с точки зрения технологичности

сборки (DFA) и производства (DFM). Это позво-

лило решить все основные проблемы и сократить

цикл подготовки к выпуску.

Также была разработана автоматическая система,

позволяющая выполнять ограниченный набор

тестов непосредственно в ходе изготовления

изделий в заводском цеху. Система обеспечивает

качественную проверку работоспособности

каждого образца и является общей тестовой плат-

формой для интеллектуальных электронных уст-

ройств, выпускаемых подразделением Distribution

Automation Product Group компании АББ.

Оценка времени выполнения функций в эмулированной среде облегчила достижение требуемого быстродействия и ограничила объем доработок.

Технические особенности REJ603Трехфазное реле REJ603 с питанием от защища-

емой сети является устройством косвенной за-

щиты от сверхтока и замыкания на землю с пос-

тоянной (DMT2)) или обратнозависимой от тока

(IDMT3)) задержкой срабатывания.

Реле обеспечивает двухступенчатую защиту:

мгновенную и с задержкой срабатывания. Оно

нечувствительно к броскам пускового тока транс-

форматоров и защищает нагрузки от межфазных

замыканий и замыканий на землю. Реле обладает

расширенными возможностями по самодиагнос-

тике, а также функцией самозащиты, обеспечива-

ющей срабатывание выключателя, если ток в ка-

кой-либо фазе превысит в 20 раз номинальный

ток встроенного ТТ (Ismax

).

Некоторые из преимуществ REJ603 (рис. 3) ука-

заны во вставке 2.

Область примененияРеле REJ603 предназначено для селективной

защиты от короткого замыкания и замыкания

на землю фидеров распределительных сетей,

а также для защиты трансформаторов коммер-

ческого и промышленного назначения. Данное

устройство представляет собой цифровое реле

с питанием от защищаемой сети, что позволяет

устанавливать его в удаленных местах, где от-

сутствуют вспомогательные источники питания.

3 Реле REJ603 питается от защищаемой сети и предназначено для защиты распределитель-ных сетей

■ Два режима измерения тока замыкания

на землю: по результатам собственных

расчетов или по сигналу внешнего

CBCT*)

■ Различные время-токовые характеристики

защиты от перегрузки IDMT (соответству-

ющие требованиям МЭК и специальные),

обеспечивающие координацию срабаты-

вания защиты по времени

■ Выход для разряда конденсатора

■ Встроенный электромеханический указа-

тель срабатывания с ручным возвратом

в исходное положение

■ Простая настройка с помощью DIP пе-

реключателей, защищенных прозрачной

крышкой

■ Компактная конструкция и возможность

монтажа в главном выключателе кольце-

вой сети (RMU)

■ Функция проверки работоспособности

всей схемы, включая первичную обмотку

ТТ, реле и расцепитель

■ Дискретный вход для команды дистанци-

онного отключения выключателя

*) CBCT: трансформатор тока нулевой последова-

тельности

Вставка 2. Отличительные черты реле REJ603

1) ЭМС: электромагнитная совместимость2) DMT: постоянная задержка срабатывания (если выбрана постоянная задержка срабатывания, то время, через которое

реле будет размыкать цепь, не зависит от значения сверхтока)3) IDMT: обратнозависимая задержка срабатывания (если выбрана обратнозависимая задержка срабатывания, то реле

будет размыкать цепь тем быстрее, чем выше сверхток)




и пять светодиодных индикаторов четко отобра-

жают в реальном масштабе времени результаты

измерений и аварийные сигналы, а также записи

журнала событий, что позволяет быстро проана-

лизировать информацию и принять правильное

решение.

Благодаря компактности и уникальным техническим характеристикам реле серии RE_ 601 являются идеальным решением для модернизации существующих и создания новых электроустановок.

Дополнительный последовательный порт

обмена данными позволяет подключать реле

к коммуникационной сети для дистанционного

управления и контроля параметров. Некото-

рые из преимуществ RE_ 601 (рис. 4) указаны

во вставке 3.

Область примененияЦифровое реле RE_ 601 предназначено

для защиты и управления электроустановками

промышленного и коммерческого назначения

в распределительных сетях среднего и низкого

напряжения. Реле в основном предназначено

для использования с автоматическими выклю-

чателями АББ серий VD4/HD4 – R. Благодаря

компактности и уникальным техническим

характеристикам реле серии RE_ 601 являются

идеальным решением для модернизации сущес-

твующих и создания новых электроустановок

при ограниченном рабочем пространстве. Реле

являются моноблочными устройствами неболь-

шой глубины, которые быстро и просто устанав-

ливаются на указанных выше выключателях.

Выпуск реле RE_ 601 запланирован на четвертый

квартал 2008 г.

В основном оно предназначено для применения

в главных выключателях кольцевых сетей. Пита-

ние реле получает с трансформатора тока, наде-

того на фазные кабели (рис. 5).

Реле REJ603 уже поступило в продажу.

REJ601/REF601Трехфазные реле с питанием от вспомогательных

источников REJ601/REF6014) осуществляют кос-

венную защиту от сверхтока и замыкания на зем-

лю с время-токовыми характеристиками DMT

и IDMT. Для измерения токов фаз используются

датчики тока Роговского.

Реле обеспечивает трехступенчатую защиту

от межфазных замыканий: мгновенную и с за-

держкой срабатывания, а также двухступенчатую

защиту от замыкания на землю. Оно нечувстви-

тельно к броскам пускового тока трансформато-

ров. Реле располагает широкими возможностями

по самодиагностике. Устройства серии RE_ 601

используют современные трансформаторы

тока и обладают расширенными встроенными

функциями защиты. Они повышают надежность

и безопасность распределительного оборудо-

вания среднего напряжения и делают его более

компактным. Реле RE_ 601 очень удобны в об-

ращении. Заранее сконфигурированные входы

и выходы, а также универсальный источник

питания позволяют быстро и легко адаптировать

его к конкретному применению. ЖК дисплей

■ Возможность выбора время-токовой ха-

рактеристики защиты IDMT (соответствую-

щей требованиям МЭК или специальной)

■ Унифицированный интерфейс датчиков

исключает необходимость подбора ТТ раз-

личных номиналов

■ Четыре выбираемых диапазона тока

■ Светодиодные индикаторы исправности

и неисправности реле, предупреждения

об аварии и срабатывания защиты.

■ Отдельные светодиодные индикаторы сиг-

нализации сверхтока в фазе и замыкания

на землю.

■ Источник питания с универсальным вхо-

дом, способный работать с любым вход-

ным напряжением в зависимости от типа

установки.

■ Вход дистанционного управления срабаты-

ванием и возвратом в исходное состояние

■ Местное и дистанционное (только REF601)

управление автоматическим выключателем

■ Дополнительный последовательный интер-

фейс протокола MODBUS-RTU

■ Функция самодиагностики

Вставка 3. Отличительные черты реле RE_ 601:

4 Реле REF601 (a) и REJ601 (б) от АББ

a б

18 АББ Ревю 4/2008



Бернхард Дек

ABB Medium Voltage Products

Баден, Швейцария

bernhard. deck@ch. abb. com

Виджай Шах


Гуджарат, Индия

vijay. shah@in. abb. com

Корнель Шерер

ABB Power Products

Цюрих, Швейцария

kornel. scherrer@ch. abb. com

Герхард Зальге


Ратинген, Германия

gerhard. salge@de. abb. com

4) Реле серии REF являются устройствами защиты и уп-

равления, в то время как реле REJ – только устройс-

твами защиты.

6 Схема подключения реле защиты от сверхтока и замыкания на землю REF601

REF601

Вход фазы RUaux

+

-

XK5

XK6

XK7

XK8

XK9

XK2

XK2

XK10

XK4

XK1

XK3

12

1234

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

1234

1234

12345

Вход фазы Y

Вход фазы В

BI: срабатывание по внешн. команде

BI: Выключатель замкнут

BI: возврат по внешн. команде

BI: Выключатель разомкнут

B -B +IGA -A +

Вход нейтрали 1 АСрабатывание*

Срабат. защи-ты от замык.

на землю

Срабат. защиты от сверхтока

«Готов»

Выключатель замкнут

Выключатель разомкнут

5 Схема подключения реле REJ603 с питанием от защищаемой сети

REJ603

Измерение

Измерение

Измерение

Проверка

S1

S1

S1

S2

S2

S2

C

C

C

D

D

D

X2-3/S1 X1-7/TC(+)

X1-8/TC(-)X2-4/S2

L3

L2

N

L1

E

X2-1/C

X2-2/D

X2-7/S1

X2-8/S2X2-5/C

X2-6/D

X1-4/S1

X1-3/S2X1-5/C

X1-6/D

X1-2/S1

X1-1/S2

X2-9/E

X2-10/E

X1-9/BI(+)

X1-10/BI(-)

Проверка

Проверка



Китай испытывает острую потребность

в электроэнергии. По всей стране постро-

ены крупные электростанции, и громадное

количество электроэнергии передается

по многочисленным ЛЭП на расстояния

в тысячи километров конечным потребите-

лям, живущим в гигантских мегаполисах.

При таких масштабах потери в линиях

передачи тоже огромны. С целью умень-

шения потерь Государственная электросе-

тевая корпорация Китая (SGCC) планирует

использовать переменное напряжение

1100 кВ, что является новым шагом в раз-

витии техники передачи электроэнергии.

Компания АББ вместе со своими пар-

тнерами и поставщиками разработала

главный компонент будущей систе-

мы – инновационный элегазовый выклю-

чатель, который успешно прошел все

испытания.

Прорыв в области коммутацииРаспределительное оборудование сверхвысокого напряжения для КитаяВальтер Холаус, Фредди Штуки


20 АББ Ревю 4/2008

Первое КРУЭ 170 кВ в Цюрихе, Швейцария

Первое КРУЭ 500 кВ в Клэйревилле, Канада

Крупнейшее КРУЭ 500 кВ в Итайпу, Бразилия

Первое КРУЭ 800 кВ, ЮАР

Первое КРУЭ 500 кВ в Китае (Джингмен)

Первое КРУЭ 1100 кВ в Джингмен, Китай

Исследовательскиеработы

© A

BB

Pow

er T

echn

olog

y P

rodu

cts,

BU

PP

HV

-1

1956 1966 1976 1986 1996

> 170 кВ

< 170 кВ

2006 2010

КРУЭ 500 кВ «Три ущелья», Китай


Несколько лет назад один из крупнейших за-

казчиков АББ, Государственная электросетевая

корпорация Китая, начала разработку системы

передачи переменного тока 1100 кВ [3]. Реализа-

ция проекта началась с широкомасштабных науч-

но-исследовательских и опытно-конструкторских

работ, выполняемых НИИ и конструкторскими

бюро [4]. Для окончательной оценки технической

осуществимости проекта SGCC пригласила три

китайских и две японские фирмы-производителя

КРУЭ, а также компанию АББ. Все они приняли

участие в создании демонстрационного проекта

системы электропередачи сверхвысокого на-

пряжения переменного тока. Он был реализован

Надежное снабжение электроэнергией – ос-

нова функционирования современной

экономики. Безопасная и бесперебойная подача

напряжения в основном зависит от высоковоль-

тного распределительного оборудования – глав-

ного компонента электрической сети. Основные

функции защиты от короткого замыкания

в распределительном оборудовании крупных

сетей выполняет автоматический выключатель

высокого напряжения.

В большинстве случаев передача электроэнергии

высокого напряжения между подстанциями про-

изводится по воздушным ЛЭП, провода которых

подвешены в десятках метров от земли, а обо-

рудование состоит из аппаратов с воздушной

изоляцией.

Применение комплектных распределительных

устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) (см.

вставку 1) в качестве коммутационного обору-

дования делает распределительные подстанции

значительно компактнее.

Коммерческое примене-ние распределительных устройств с элегазовой изоляцией началось в 1966 г. с установки под-земного КРУЭ 170 кВ в центре Цюриха.

Коммерческое применение распределительных

устройств с элегазовой изоляцией началось

в 1966 г. с установки подземного КРУЭ на 170 кВ

в центре Цюриха (рис. 1). В 1976 г. компания АББ

поставила первое КРУЭ 500 кВ в Клэйревилль,

Канада. Установка первого в мире КРУЭ 800 кВ

в 1986 г. в ЮАР подтвердила лидирующие пози-

ции АББ в производстве оборудования сверхвы-

сокого напряжения (см. вставку 2). Эта подстан-

ция проработала уже более 20 лет без отказов

и незапланированных отключений. Очень не-

долго самым крупным в мире было КРУЭ 500 кВ

в Итайпу, Бразилия. Но теперь таковым является

КРУЭ от АББ на ГЭС «Три ущелья» в Китае.

Инновационные КРУЭ в КитаеКитай – это огромная страна, где электростан-

ции сосредоточены в западной части, а потре-

бители в основном находятся на тихоокеанском

побережье длиной несколько тысяч километров.

Для удовлетворения растущей потребности

в электроэнергии, в дополнение к существую-

щим электросетям, необходимо строить ЛЭП

сверхвысокого напряжения постоянного и пере-

менного тока [1,2].

Вставка 1. КРУ с элегазовой изоляцией (КРУЭ)

Коммутационное оборудование с элегазовой

изоляцией широко применяется в системах пе-

редачи и распределения высокого напряжения.

Компания АББ является лидером в производс-

тве КРУЭ для линий передачи электроэнергии.

Она выпускает КРУЭ наружной и внутренней

установки с номинальным напряжением от 72

до 800 кВ и номинальным током до 4 кА, спо-

собные отключать ток короткого замыкания

до 63 кА. КРУЭ выполняют функции коммута-

ции, отсоединения, заземления и измерения.

Являясь многокомпонентной системой, КРУЭ

оптимизируется для каждого конкретного

применения. Каждый компонент КРУЭ име-

ет коаксиальную конструкцию с подвижным

и неподвижным контактами, расположенными

внутри цилиндрической оболочки, заполненной

элегазом (SF6) под давлением в несколько

сотен килопаскалей. Между собой они соеди-

няются болтовыми фланцами и поэтому похожи

на трубопроводы. Если некоторые элементы

(например, шины или вводы воздушных линий)

имеют воздушную изоляцию, то такая подстан-

ция называется «гибридным КРУЭ».

Вставка 2. Сверхвысокое напряжение

Для обеспечения максимальной эффек-

тивности и безопасности передачи элек-

троэнергии, минимизации электрических

потерь, а также снижения материалоемкости

используются различные уровни напряжения.

Требования МЭК определяют стандартные

уровни напряжения до 800 кВ. Номинальное

напряжение выше 550 кВ называется сверх-

высоким. Оно используется для передачи

сотен тысяч мегаватт электроэнергии на сотни

километров. При высоких напряжениях поте-

ри при передаче значительно уменьшаются.

Переход от 550 к 1100 кВ позволяет снизить

их в четыре раза. Таким образом ЛЭП сверх-

высокого напряжения очень эффективны

для передачи большого объема энергии

на дальние расстояния.

1 50-летняя история КРУЭ от АББ: от первых исследований до крупнейших в мире установок


Прорыв в области коммутации


ты АББ определили, что в компонен-

тах КРУЭ сверхвысокого напряжения

должно поддерживаться достаточно

невысокое давление SF6.

Кроме того, важнейшей проблемой

стало обеспечение прочности конс-

трукции и надежности работы обору-

дования. Исходя из этого конструи-

рование КРУЭ выполнялось с учетом

трех правил:

■ Разъединители каждой фазы – внут-

ри отдельной камеры

■ Шунтирующие резисторы – внутри

отдельных камер

■ Обеспечение защитного запаса

по всем электрическим параметрам

Возрастание напряжения до 1100 кВ

привело к значительному увеличению размеров

установки и потребовало выполнения расши-

ренных расчетов механических параметров.

При этом значения параметров, например

энергии привода, скорости контактов или дав-

ления разрыва оболочки, увеличивались отнюдь

не линейным образом. Фактически в разработке

участвовало одинаковое количество инженеров-

механиков и инженеров-электриков.

Конструирование механической и электрической

части осуществлялось с помощью трехмерного

компьютерного моделирования, а при производс-

тве везде, где возможно, мы старались использо-

вать проверенные технологии.

Главный компонент – выключательВыключатель является главным компонентом

КРУЭ. Он должен безопасно включаться и отклю-

чаться в любых условиях: во время нормальной

работы или в аварийной ситуации. Время его

срабатывания не должно превышать 50 мс.

Выключатель на 1100 кВ расширил модельный

ряд выпускаемых компаний АББ автоматических

выключателей. Аппарат состоит из двух камер,

в одной из которой находятся разъединители,

а во второй – шунтирующий резистор. Разъеди-

нители и коммутатор, кратковременно вклю-

чающий шунтирующий резистор, приводятся

в движение одним пружинно-гидравлическим

приводом, специально разработанным АББ

для данного изделия [5, 6, 7]. На рис. 2 для срав-

нения показаны выключатели АББ различного

напряжения. При номинальном напряжении

1100 кВ и токе 4 кА номинальная мощность

для трех фаз составляет 7600 МВт. Это больше

средней электрической мощности, потребляе-

мой Швейцарией1), то есть выключатель такого

номинала способен включать и отключать целую

страну.

фактором для определения конструкции КРУЭ

стал новый уровень напряжения, предъявляющий

более высокие требования к электрической

изоляции. По специальным правилам были пере-

считаны сначала параметры каждого отдельного

компонента, а затем всей системы. Особое вни-

мание уделялось эффектам, играющим важную

роль при очень высоких напряжениях, напри-

мер, коммутационным помехам, возникающим

при отключении нагрузки.

Китайский демонстраци-онный проект системы передачи сверхвысоко-го напряжения включает 600 км ЛЭП и три подстан-ции – Джингмен, Нань-Янг и Джинг Дон Нань.

Отдельной задачей стало определение давления

газа, оптимально соответствующее столь вы-

сокому напряжению. Необходимо было найти

давление, при котором газ обладает максималь-

ными изоляционными качествами. Специалис-

в 2008 г. в центральном Китае и вклю-

чает ЛЭП сверхвысокого напряжения

и три подстанции – Джингмен, Нань-

Янг и Джинг Дон Нань.

Проект разработки КРУЭ сверхвысокого напряжения ELK-5Компании АББ и Xian Shiky, крупней-

ший в Китае поставщик КРУЭ, при-

ступили к реализации совместного

проекта по разработке КРУЭ 1100 кВ,

получившего название ELK-5 (ELK –

наименование КРУЭ от АББ, цифра 5

указывает на качественно новый

уровень). Основными задачами АББ

были общее проектирование гиб-

ридного КРУЭ, а также производство

и поставка его основных элементов.

Компания Xian Shiky занималась производством

остальных компонентов, типовыми испытани-

ями под наблюдением экспертов SGCC и KEMA,

а также сборкой и монтажом распределительной

подстанции в Джингмене. SGCC установила очень

жесткие сроки: после старта проекта в ноябре

2006 г. подстанция должна быть сдана в эксплуа-

тацию к концу 2008 г. За столь рекордный срок,

всего два года, требовалось модернизировать

КРУЭ для работы с вдвое большим напряжением:

выполнить проектирование, изготовить обору-

дование, провести типовые испытания и смонти-

ровать его на месте установки. Для выполнения

данной задачи компания АББ сформировала

команду из 20 специалистов, которым был обес-

печен приоритетный доступ к услугам других

экспертов и испытательному оборудованию.

Удвоение напряженияИзоляционные характеристики КРУЭ зависят

от многих факторов – геометрической формы

контактов, формы импульса приложенного на-

пряжения, а также давления, степени ионизации

и чистоты элегаза. Даже после тщательного изу-

чения зависимости данных параметров от напря-

женности электрического поля картина может

резко измениться в зависимости от конфигура-

ции установки и местных условий. Критическим

Общая масса 7 тонн

550 кВ, с шунти-рующим резистором

1100 кВ, с шунти-рующим резистором

550 кВ

300 кВ

Перемычка

4 разъединителя

CO switch

Шунтирующий резистор

2 разъединителя и шунтирующий резистор

2 разъединителя

1 разъединитель

10 м

3,8

м

2 Размеры выключателей 300 –1100 кВ производства АББ

3 Сборка элегазового выключателя с приводом на заводе АББ

22 АББ Ревю 4/2008



Общая масса данного выключателя сверхвысоко-

го напряжения составляет всего 7,5 тонн благо-

даря оптимизированному числу разъединителей

и алюминиевым камерам (рис. 3).

Поскольку подстанция на номинальное напря-

жение 1100 кВ была построена впервые в мире,

то испытание её оборудования на соответствие

китайским и международным стандартам стало

серьезной задачей для изготовителей, и особенно

для измерительных лабораторий. Типовые ис-

пытания выключателя проводились испытатель-

ным центром XIHARI в Сиане и компанией АББ

в Щвейцарии (рис. 4).

Гигантских усилий потребовало проведение

испытания коммутирующей способности при на-

пряжении 1100 кВ в XIHARI. Наиболее серьезны-

ми были следующие проблемы.

■ Перевозка изготовленного оборудования

сверхвысокого напряжения к месту испыта-

ний за многие тысячи километров воздушным

транспортом, потребовавшая четкого соблю-

дения всех сроков реализации проекта.

■ Требования к размерам помещения для испы-

таний: для выполнения испытаний напряже-

нием два проходных изолятора требовалось

установить не менее чем в 13 м друг от друга

и не менее чем в 10 м от стен.

■ Испытание импульсным напряжением прово-

дилось только на половине полюса, поскольку

было невозможно создать достаточно высо-

кое напряжение, способное воздействовать

на весь полюс. Данное испытание выполня-

лось в специальной оболочке и потребовало

расчетов распределения напряжения.

Выключатель успешно прошел серию испытаний

с первого раза, что стало подтверждением высо-

кого качества разработки и производства.

Элегазовый разъединитель сверхвы-сокого напряженияОсновная задача разъединителя – отключение

и заземление частей КРУЭ для выполнения об-

служивания.

Основными задачами АББ при реализации совместного проекта были общее проектирование гибридного КРУЭ, а также производство и поставка его основных элементов.

В отличие от автоматического выключателя, он

может срабатывать достаточно медленно – за не-

сколько секунд. Разъединитель от АББ имеет уг-

ловую конфигурацию с видимым изоляционным

расстоянием между внутренними контактами

не менее 300 мм. Испытание высоким напряже-

нием показало, что при таком расстоянии выклю-

чатель выдерживает до 3400 кВ. Одним из важ-

нейших преимуществ элегазового оборудования

является очень малое изоляционное расстояние

для очень высоких напряжений. Для сравнения,

изоляционное расстояние между неизолирован-

ными проводниками на открытом воздухе при на-

пряжении 3400 кВ должно составлять 13 м.

Номинальное напряжение 1100 кВ

Номинальное импульсное выдерживаемое

напряжение 2400 кВ

Номинальный ток 4000 A

Номинальный ток шины 8000 A

Номинальный ток короткого

замыкания 50 кA

Основные характеристики демонстра-ционного проекта КРУЭ 1100 кВ

4 Команда разработчиков возле полюса выключателя 1100 кВ в лаборатории г. Баден (Швейцария) после успешного испытания коммутирующей способности в режиме T100s

5 Разъединитель сверхвысокого напряжения в разрезе

a Приводб Подвижный контактв Неподвижный контактг Изоляторд Изолятор

a бв

г

д

a Проходной изоляторб Проходной изоляторв Высоковольтный измерительный трансфор-

матор переменного токаг Высоковольтный измерительный трансфор-

матор постоянного токад Выключателье Шина КРУЭ сверхвысокого напряженияж Проверяемый разъединитель

6 Установка для испытаний коммутирующей спо-собности разъединителя в лаборатории STRI

a

в

д

е ж

г

б




ходимостью создания новаторского

решения в беспрецедентно короткие

сроки, а также организацией тесного

сотрудничества между поставщика-

ми и партнерами в Европе и Китае,

воспитанными в совершенно разной

культурной среде.

Типовые испытания компонентов

ELK-5 проводились одновременно

в китайских, шведских и швейцар-

ских лабораториях. Данный проект

не только открыл новую эпоху в пере-

даче электроэнергии сверхвысокого

напряжения, но и продемонстрировал

эффективность совместного проек-

тирования силами ведущих мировых

производителей.

Вальтер Холаус

Фредди Штуки

ABB Switzerland Ltd.

Цюрих, Швейцария

walter. holaus@ch. abb. com

fredi. stucki@ch. abb. com

■ Высота установки приводов не превышает

1,5 м. Это обеспечивает безопасный и удоб-

ный доступ персонала для монтажа и обслу-

живания.

■ Отсутствие необходимости использования

лестниц и подмостьев.

■ Возможность расширения системы шин.

■ Минимальный объем металлоконструкций.

■ Небольшой объем и сжатые сроки монтажных

работ.

Подстанция была смонтирована в 2008 г. возле

города Джингмен в центральном Китае. Через

нее происходит передача части энергии, выра-

батываемой находящейся на севере Китая ГЭС

«Три Ущелья».

Успешное решениеПри реализации проекта ELK-5 были решены

многочисленные вопросы, связанные с необ-

Испытания коммутирующей способ-

ности разъединителя проводились

в лаборатории Шведского института

исследования передачи энергии

(STRI) в Людвика, Швеция – единс-

твенной в мире, обладающей соот-

ветствующими возможностями (рис.

5 и 6). Сравнительно медленное

срабатывание разъединителя при-

водит к образованию искр при за-

мыкании и размыкании контактов.

Искры формируют коммутационные

помехи, распространяющиеся через

КРУЭ, в силу чего к его компонентам

предъявляются жесткие требования

по обеспечению электромагнитной

совместимости.

Первая подстанция с КРУЭ сверхвысокого напряженияПосле успешного завершения типовых испы-

таний в 2007–2008 гг., компании АББ и Shiky

приступили к поставке оборудования и сборке

первой подстанции в Джингмене. В ее состав

входят почти все компоненты КРУЭ, такие как ав-

томатические выключатели с шунтирующими

резисторами, разъединители, заземлители, транс-

форматоры тока, шины, проходные и опорные

изоляторы (рис. 7).

Углубленные исследования помогли найти

оптимальную схему размещения компонентов

КРУЭ – они расположены на одном уровне [8].

Подобная компоновка обладает следующими

преимуществами.

■ Все коммутационное оборудование КРУЭ

размещено на уровне поверхности земли.

■ Размещение компонентов на одном уровне

повышает сейсмостойкость подстанции.

7 Схема подстанции с гибридным КРУЭ 1100 кВ в Джингмене

Литература

[1] International Conference of UHV Power Transmission Technology. (2006). Beijing.

[2] IEC/CIGRE UHV Symposium. (2007). Beijing.

[3] 1,100 UHV AC demonstration project. http://www. sgcc. com. cn/ztzl/zgtgy/tgyzs/41249.shtml

[4] Sun, Y., Zhang, D., Meng, W. (2006). The Research and Development of 1,100 kV GIS. International Conference of UHV Power

Transmission Technology, Beijing.

[5] Holaus, W., Sologuren, D., Keller, M., Kruesi, U., Riechert, (2007). Entwicklung einer gasisolierten Schaltanlage fur 1,100 kV.

ETG Kongress, Karlsruhe.

[6] Holaus, W., Kruesi, U., Sologuren, D., Riechert, U., Keller, M. (2008). Testing of GIS components at 1000 kV rated voltage.

CIGRE Session 2008, SG A3-202, Paris.

[7] Riechert, U., Kriisi, U., Holaus, W., Sologuren, D. (2008). Gasisolierte Schaltanlagen fur 1,100 kV – Herausforderungen an

Entwicklung und Prufung. Stuttgarter Hochspannungssymposium, Stuttgart, Germany.

[8] Holaus, W., Xia, W., Sologuren, D., Keller, M., Kruesi, U., Riechert, U., Xu, S., Wang, C. (2007). Development of 1,100 kV GIS

equipment: Up-rating of existing design vs. specific UHV design. IEC/CIGRE UHV Symposium, Beijing.

1) 5th Annual Report of SwissEnergy 2005/2006. http://www. bfe. admin. ch/energie/00556/index. html?lang=en&dossier_

id=01060

24 АББ Ревю 4/2008



Вот уже 20 лет платформа Smart Platform компании АББ остается рабочей ло-

шадкой, которая сделала АББ ведущим поставщиком систем контроля качества

для целлюлозно-бумажной промышленности всего мира. АББ обновила эту плат-

форму, выпустив на рынок Network Platform. Этот новый продукт значительно пре-

восходит первую модель по многим параметрам и создает основу для будущего

совершенствования системы контроля качества.

Чем умнее платформа, тем умнее процессNetwork Platform: новая система контроля качества для бумажного производстваРоберт Бирн, Антони Бьятт



Производственные условия на бумажной фаб-

рике также создают непростые проблемы. Всего

в нескольких миллиметрах от измерительных

головок бумага имеет температуру свыше 100 °C

(рис. 1). Как правило, к этому добавляется сильная

вибрация, 100-процентная влажность и запылен-

ность воздуха.

Главное оружие в арсенале производителей бумаги – это сканирующая платфор-ма, то есть стальная рама с установленными на ней узлами датчиков, которые сканируют бумагу в про-цессе ее производства.

На раме устанавливается до 10 различных дат-

чиков, собранные ими данные обрабатываются

по сложным алгоритмам, и в результате генериру-

ются команды управления бумагоделательной ма-

шиной. Эти команды («увеличить влажность опре-

деленных частей полотна», «добавить или удалить

бумажную массу», «добавить краситель» и т. п.)

подаются на исполнительные механизмы, ко-

торые также поставляются АББ и множеством

других компаний. Оператор бумагоделательной

машины может просматривать практически лю-

бые интересующие его данные и корректировать

управление.

Современными бумагоделательными машинами

невозможно управлять без такой технологии.

На любой бумажной фабрике, где бы она ни нахо-

Бумага, на которой напечатана эта статья, мо-

жет казаться простейшей вещью на свете –

знакомый продукт, с которым люди имеют дело

вот уже 2000 лет. Но современное производство

этих листов требует почти невообразимого ком-

плекса технологических процессов, и ключевой

элемент этого комплекса поставляет АББ.

Фактически АББ является ведущим поставщиком

систем контроля качества для целлюлозно-бу-

мажной промышленности, и весьма вероятно,

что данный лист бумаги прошел через датчики

АББ.

Smart Platform компании АББГлавное оружие в арсенале производителей

бумаги – это сканирующая платформа, такая

как Smart Platform компании АББ. Она представ-

ляет собой стальную раму (через нее протяги-

вается бумага) с установленными на ней дат-

чиками, которые сканируют бумагу в процессе

производства. Эти датчики измеряют влажность,

толщину, плотность, зольность, цвет, ориентацию

волокон и прочие характеристики бумаги.

Поскольку бумажное полотно может иметь ши-

рину более 10 м и движется со скоростью 90 км/ч,

а датчики скользят всего в нескольких милли-

метрах над поверхностью, узел датчиков должен

перемещаться с высокой точностью. Фактически

верхний и нижний узлы датчиков, разделенные

зазором в 7 мм, через который протягивается

бумага, должны позиционироваться с точнос-

тью не ниже 0,4 мм по всей ширине полотна.

Это достигается посредством направляющих,

прецизионно смонтированных на раме. О тре-

буемой точности измерений говорит тот факт,

что, например, датчик толщины бумаги измеряет

ее с погрешностью в одну миллионную часть мет-

ра по всей десятиметровой ширине полотна!

Другим примером требований к точности и чувс-

твительности сканирующей платформы может

служить датчик массы. Он настолько чувстви-

телен, что малейшие изменения температуры

воздуха и, следовательно, объемной массы бумаги

кардинально меняют его показания. Поэтому

температура воздуха в зазоре тщательно контро-

лируется.

1 Network Platform выполняет сканирование

2 Семейство сканнеров ABB Network Platform

a NP1200 б NP700 в Reflection NP

1) Производство бумаги – это непрерывный процесс, го-

товая бумага на выходе машины сматывается в рулон.

Когда рулон достигает полного размера, пневмати-

ческий резак отрезает полотно и квалифицированный

оператор тут же перезаправляет бумагу на новый вал.

Бумажным полотном называют бумагу, которая прохо-

дит через машину, – от непрочного влажного материа-

ла в напорном ящике до рулона на выходе машины.

26 АББ Ревю 4/2008

Чем умнее платформа, тем умнее процесс

Вставка 1. Преимущества Network Platform

Вставка 2. Преимущества применения UML


вать сложные конечные автоматы из простых

программных компонентов. Затем на базе этих

компонентов разрабатывается код для решения

данного типа задач. В случае Network Platform

этот тип задач – измерение свойств бумаги.

Создатели Network Platform использовали

помимо Rational Rose и другие продукты IBM,

которые обеспечивают полную совместимость

инструментов на всех этапах проекта, от созда-

ния концепции до практического применения

нового ПО. Эти продукты включают Rational

RequisitePro для ввода требований, Rational Test

RealTime для тестирования методом чёрного

ящика и Rational TestManager для управления

дилось, у вас есть хороший шанс обнаружить на-

шу Smart Platform, сканирующую бумагу, которая

сходит с валов машины. Компания АББ установи-

ла несколько тысяч таких систем.

АББ постоянно работает над совершенство-

ванием своих изделий и старается поставить

на службу своим заказчикам самые современные

технологии, снижая себестоимость их продукции

и повышая надежность и эффективность обору-

дования.

■ Улучшены средства визуального контроля

и диагностики.

■ Новая платформа дает возможность даль-

нейшего развития продукта на ближайшие

10…15 лет.

■ Повышено удобство работы пользовате-

лей и инженеров по обслуживанию (новый

инструментарий, обновление ПО, мень-

шая потребность в обучении).

■ Облегчено добавление новых датчиков

и их комплектующих.

■ Упрощена заводская настройка и ввод

в эксплуатацию.

■ Сканирование ускорено до 600 мм/с (за-

планирована скорость 1000 мм/с).

■ Улучшены интегрирование с System 800xA

Asset Optimization и дистанционная диа-

гностика.

■ Увеличены возможности по адаптации

к новым технологиям.

■ Улучшено использование оперативной

памяти и мощности процессора, которые

сейчас задействованы, соответственно,

на 25 % и менее чем на 5 %.

■ Упрощена интеграция модернизированных

датчиков.

■ Распределение работ по разработке.

– С помощью инструментов управления

конфигурированием каждый компо-

нент ПО можно конфигурировать неза-

висимо.

– Черные ящики с заданными входами

и выходами можно использовать

на ранних стадиях разработки проекта

вместо компонентов, проектирование

которых еще не завершено.

■ Переносимость разработанных решений

– Для переноса решения на платформы

с другими операционными системами

можно использовать тот же базовый

код.

■ Самодокументирующийся код

– Благодаря тесной связи кода с моде-

лью проектируемой системы проектная

документация всегда отражает текущее

состояние кода.

4 Утилита настройки конфигурации Network Platform3 Диагностические инструменты сканера Network Platform

В данном случае это стремление к идеалу привело

к созданию новой платформы, Network Platform,

которая помогает компании оставаться лидером

в разработке систем контроля качества для произ-

водителей бумаги (рис. 2).

Предыдущая модель имела элегантную панель уп-

равления со сложной аппаратно реализованной

логикой, необходимой для обработки огромного

объема данных, поступающих от датчиков.

Network Platform оснащена новыми быстродейс-

твующими микросхемами, которые существенно

упрощают процесс обработки данных. Это только

одна из особенностей новой сканирующей плат-

формы АББ.

Network Platform компании АББВ Network Platform используются, в основном,

стандартные электронные компоненты; остав-

шиеся в небольшом числе заказные компоненты

будут заменены типовыми после усовершенс-

твования датчиков. Эта платформа выполнена

по новейшим технологиям и полностью соот-

ветствует современным нормам, т. е. не создаст

никаких технических проблем ни сейчас,

ни в будущем (см. вставку 1). Процессорным

ядром служит одноплатный ПК Intel Pentium

1,1 ГГц с установленной ОС Windows XP Embed-

ded. Жесткий диск отсутствует, информация

хранится в полупроводниковом накопителе

формата CompactFlash. Возможность переноса

ПО на новую аппаратную платформу обеспечена

пакетом IBM Rational Rose Technical Developer,

так что переход на новый компьютер или новую

операционную систему не представляет про-

блемы.

Rational Rose – это модельно-ориентированный

инструмент разработки ПО, который использует

универсальный язык моделирования Unified

Modeling Language (UML) (см. вставку 2). Этот

инструмент позволяет разработчикам созда-




ко-лет квалифицированного труда. Огромное

внимание было уделено организации испы-

таний, и отсутствие дефектов среди первых

поставленных систем доказало успешность этой

стратегии.

Будущее совершенноеС помощью этой новой платформы можно будет

в ближайшие 10…15 лет продолжать разработку

продуктов СКК и способствовать продвижению

новых технологий, таких как гибкие схемы

сканирования, беспроводные технологии, сверх-

быстрое сканирование и интеграция датчиков

с очень малым временем отклика. Учитывая,

что ее оперативная память в настоящее время

используется только на 25 %, а процессор –

на 2…5 %, платформа имеет большой запас ресур-

сов для реализации множества новых идей!

Уже сейчас проводятся испытания двух важ-

нейших датчиков, которые по своим рабочим

характеристикам далеко превосходят любые

аналоги. Только Network Platform обладает

достаточными ресурсами, чтобы обработать

огромный поток данных, поступающих от этих

новых датчиков, и существенно улучшить диа-

гностику.

Первые системы уже поставлены и замечательно

работают. Поставки растут, и уже через год де-

сятки этих платформ будут управлять бумагоде-

лательными машинами во всем мире.

Роберт Бирн

Антони Бьятт

ABB Pulp and Paper QCS CoE

Дандолк, Ирландия

robert. byrne@ie. abb. com

anthony. byatt@ie. abb. com

и ввод в эксплуатацию (рис. 4). Например,

настройка системы в соответствии с набором

датчиков (практически каждая система в этом

отношении уникальна) раньше была сложной за-

дачей, но теперь, с появлением ПО System 800xA

Asset Optimization и средств дистанционной диа-

гностики, она радикально упростилась.

Существенно усовершенствованные диагностические инструменты и средства индикации резко расширили доступ пользователя к данным о процессе изготовления бумаги.

Network Platform также снижает общую стоимость

владения машиной, поскольку:

■ облегчает работу по монтажу и обслуживанию

системы,

■ поддерживает соединение с удаленными уст-

ройствами,

■ расширяет инструментарий, который позво-

ляет на месте увеличивать число датчиков,

■ расширяет инструментарий для модерниза-

ции ПО на месте эксплуатации,

■ расширяет возможности подключения вне-

шних устройств защиты.

Сама разработка платформы стала превосход-

ным примером успешного международного

сотрудничества: коллективы, действующие

в Колумбусе, штат Огайо (Соединенные Штаты),

Бангалоре (Индия) и Дандолке (Ирландия),

реализовали в этом проекте множество челове-

системными тестами и записи результатов. При-

менение этих интегрированных инструментов

позволило свести к минимуму сложности, кото-

рые обычно возникают при сотрудничестве кол-

лективов, действующих на разных континентах

(в данном случае – в Европе, Азии и Северной

Америке), из-за несовпадения часовых поясов,

культурных различий и взаимной удаленности

работающих.

Это новое ПО обладает массой преимуществ

(см. вставку 3). В случае изменения исходных

требований теперь достаточно двух-четырех

часов, чтобы создать, установить и испытать

новый объектный код. Вся документация и все

руководства содержатся на единственном DVD.

Чтобы еще больше расширить возможности

по переносимости и обслуживаемости ПО, здесь

использован стандартный язык производствен-

ного применения C++.

Кроме того, усовершенствованные диагнос-

тические инструменты и средства индикации

резко расширили доступ пользователя к данным

о процессе производства бумаги (рис. 3). В со-

четании с общей простотой и функциональной

гибкостью системы это облегчает подготовку

персонала и упрощает заводскую настройку

Экран сервисной рабочей станции

■ Программная архитектура обеспечивает

независимость от операционной системы

платформы.

■ Применение стандартных электронных

компонентов сокращает время разра-

ботки.

■ Применение охлажденного воздуха упро-

щает охлаждение электроники.

Вставка 3. Особенности проектирования

28 АББ Ревю 4/2008


Выбрать победителя и упаковаться по полнойFlexPicker™ второго поколенияКласс Бенгтсон


Промышленность остро нуждается в новых автома-

тических устройствах, а упаковочная промышленность –

в особенности. Отбор и упаковка всегда были тяжелой ра-

ботой. Очень часто в процессе производства требуется быстро

упаковывать разнородные предметы в коробки, лотки или блистеры.

Использование ручного труда в высокоскоростном технологическом

процессе может создавать узкие места, снижая производительность. Кроме

того, из-за однообразия выполняемых действий у работников возникают пробле-

мы со здоровьем.

Автоматизация таких работ весьма желательна, и роботы-упаковщики – это один из самых

быстрорастущих рынков в сфере автоматизации промышленного производства. АББ уже уста-

новила более 2500 дельта-роботов, предназначенных для такого типа задач, и является мировым

лидером в технологии захвата и упаковки. Недавно разработанный FlexPicker™ второго поколения

гарантирует АББ ведущее положение в этой области, помогая заказчикам повысить производительность

труда.


вые корпорации, такие как KRAFT Foods и Nestle,

несмотря на свои размеры, занимают менее

5 % этого рынка. Компании, продающие упако-

вочное оборудование, также многочисленны

и не объединены в большие концерны, что, оче-

видно, затрудняет для АББ поиск эффективных

каналов сбыта.

Поэтому стратегия АББ с самого начала состо-

яла в том, чтобы продавать изделия, а не комп-

лектные системы или установки. Было понятно,

что эффективнее всего продавать изделия

системным интеграторам и машиностроителям,

уже действующим в упаковочной промышлен-

ности. Цель состояла в том, чтобы создать спрос

на робототехнику АББ на рынке, где давно при-

меняются альтернативные технологические ре-

шения. Нужно было не только продавать роботы

АББ системным интеграторам, но и вызвать ин-

терес среди участников рынка, так чтобы конеч-

ные потребители выразили свою потребность

в роботизации производства. Эта кампания ста-

ла приносить плоды в 2003 году, через пять лет

от начала проекта, и сейчас ежегодный прирост

составляет 30-40 %. В настоящее время роботы

FlexPicker покупает, в основном, пищевая и фар-

мацевтическая промышленность и предприятия

по производству солнечных элементов.

FlexPicker второго поколенияЧерез десять лет после появления IRB 340 АББ

выпустила IRB 360 – скоростной робот-упаков-

щик второго поколения (рис. 3). Время было

выбрано очень удачно, рынок с нетерпением

ждал нового робота-упаковщика. Данная мо-

дель не только удовлетворила эти ожидания,

но и продемонстрировала способность решать

более широкий круг задач, т. е. создала новые

рынки, что еще больше увеличило продажи.

Важным обстоятельством, повлиявшим на время

выпуска, стало окончание действия основного

патента, который не позволял конкурентам

использовать параллельные манипуляторы. Ев-

ропейский патент истек в конце 2006 г., а патент

США – в конце 2007 г. Теперь все могут строить

дельта-роботов и конкурировать с АББ. Учиты-

вая высокую конкуренцию на этом рынке, пред-

ставлялось очевидным, что другие компании не-

медленно начнут выпуск дельта-роботов. Теперь

АББ должна опираться на иные конкурентные

преимущества: длительный опыт производства

этих роботов, известное заказчикам высокое

FlexPicker компании АББАББ выпустила FlexPicker IRB 340 в 1998 году.

FlexPicker – это дельта-робот1), уникальный

автомат, сконструированный для упаковочной

промышленности и предназначенный для за-

хвата и упаковки маленьких легких предметов,

таких как шоколадные конфеты. Принцип конс-

трукции очень прост. Все движущиеся части

изготовлены из легких материалов, таких как уг-

леродное волокно, анодированный алюминий

и пластик. Тяжелые компоненты – двигатели –

расположены на жесткой неподвижной станине.

Все манипуляторы сочленены параллельно

и соединяются с треугольной («дельтовидной»)

пластиной. Ось тета проходит через треуголь-

ную пластину и обеспечивает роботу допол-

нительную степень свободы. За такую форму

FlexPicker метко прозвали роботом-пауком

(рис. 2). Хотя система легких манипуляторов

выглядит хрупкой, она исключительно надежна,

поскольку выполнена из материалов с высоким

отношением предела прочности к массе. Эти

легкие манипуляторы обеспечивают ускорение

до 15 м/с2, а точность перемещения достигает

0,1 мм.

АББ – лидер рынка дельта-роботов, которые хорошо известны высоким качеством и надежностью; они отлично справляются с задачей захвата и упаковки продуктов.

Хотя робот имеет простую конструкцию и его

изготовление не составляет проблемы, управ-

ление роботом – гораздо более сложная задача.

Добиться скоростного перемещения при помо-

щи маленьких двигателей было сравнительно

легко. Трудность состояла в том, чтобы такие

быстрые движения совершались без рывков

и разрушения манипуляторов. АББ имела все

необходимое для преодоления этой трудности,

поскольку наш контроллер перемещений пре-

восходил те, что устанавливаются на конкуриру-

ющих стандартных роботах, а в ходе разработки

этого упаковщика данная технология была

существенно усовершенствована. В результате

появилась очень удачная модель IRB 340, способ-

ная захватывать и перемещать продукты быстрее

и аккуратнее, чем любой другой робот.

Освоение рынкаУпаковочная промышленность – огромная

и фрагментированная сфера деятельности.

Во всем мире действует более 25 000 пищевых

фабрик, и большие многонациональные пище-


1 Линия ручной укладки

2 IRB 340, конструкция параллельных манипуляторов

Упаковочная промышленность десятилети-

ями использовала ручной труд для отбора

продуктов и их упаковки в коробки, лотки

и блистеры. Типичной задачей является упаков-

ка разных шоколадных конфет в блистеры, эти

повторяющиеся операции нужно выполнять

с очень высокой скоростью. Такого рода работа

утомительна и, как правило, плохо оплачивает-

ся, так что нанимать и удерживать работников

становится все труднее (рис 1). Кроме того,

растущая забота о безопасности пищевых

продуктов побуждает искать такие способы

упаковки, при которых люди как можно меньше

контактируют с продуктами. По этой причине

существенно увеличился интерес к автоматиза-

ции данного процесса.

В конце 1990-х годов роботы конструировались

по последовательному принципу. Части робота,

отвечающие за перемещение по определенной

координате, располагались последовательно

одна за другой, и каждая несла вес собственного

двигателя. Это приводило к тому, что роботы

имели тяжелые манипуляторы и медленно обра-

батывали продукт, существенно уступая в этом

отношении людям, которые способны выпол-

нять 60…100 циклов в минуту.

1) Дельта-робот имеет три манипулятора, соединенных

с узлом крепления инструмента универсальными шар-

нирами. Эти манипуляторы образуют параллелограмм,

который обеспечивает правильную ориентацию инс-

трумента.

30 АББ Ревю 4/2008

Выбрать победителя и упаковаться по полной


На производственной линии некоторая часть

продуктов неизбежно оказывается не на том

месте, где они должны захватываться упаков-

щиком. Например, части замороженного про-

дукта могут разделиться в процессе движения

или продукт может переместиться при резкой

остановке конвейера. Такое смещение продукта

может создать проблему для робота и привести

к столкновениям. Легкие манипуляторы робота

FlexPicker отсоединяются при сильном столк-

новении. Система манипуляторов удерживается

на месте пружинами, которые предохраняют

манипулятор при ударе, даже в момент макси-

мального ускорения. Эта функция предназначе-

на для защиты робота, но заказчики сообщают,

что остановка роботов предохраняет также

продукт и конвейер. Новый контроллер пере-

мещений с функциями QuickMove и TrueMove

способен выявить нарушения в работе системы

манипуляторов и автоматически остановить ро-

бот. Это уникальная особенность дельта-роботов

АББ, которая поможет удерживать лидерство

в скоростном отборе продуктов.

Прочный роботСкоростной робот обычно способен выполнять

130 операций захвата и перемещения в минуту.

На производственной линии, включающей

восемь роботов, это составляет более миллиона

циклов в день, т. е. свыше 200 миллионов циклов

за год. Даже при низкой интенсивности отказов,

например, одной миллионной, вероятность того,

что за день произойдет отказ, очень высока. Сле-

довательно, такая интенсивность отказов непри-

емлема, и для ее снижения необходимо сделать

робот исключительно прочным. Универсальные

шарниры, ось тета и крепежные винты – это

критически важные элементы, требующие улуч-

качество изделий и большая доля рынка, уже

занятая компанией. Стратегия, направленная

на сохранение лидерства в данной технологии,

заключалась в развитии преимуществ прежней

модели, поэтому новый FlexPicker отличается

большей грузоподъемностью и нацелен на бо-

лее широкий круг решаемых задач. Благодаря

улучшению конструкции и прочности компо-

нентов робот стал крепче и надежнее, меньше

нуждается в техническом обслуживании и доль-

ше служит.

Кроме того, робот нового поколения стал более

универсальным, появились малые, более ком-

пактные модели, а также модели для пищевой

промышленности, которые допускают полную

очистку промышленными методами. Конечно,

простую концепцию дельта-робота сравнитель-

но легко воспроизвести, и теперь многие ком-

пании сконструировали собственные опытные

образцы. Вопрос в том, насколько хороши эти

конкурирующие дельта-роботы? Достаточно ли

они хороши, чтобы потеснить АББ на этом

рынке и создать потенциальные убытки для за-

казчиков АББ?

Одна из важнейших особенностей дельта-робота

АББ – упреждающее управление движением,

что чрезвычайно существенно для общей про-

изводительности машины. Несложно построить

робот дельта-типа со встроенным высокомомен-

тным электродвигателем, который обеспечит

очень высокую скорость. А вот как сделать робот

одновременно быстрым, точным и долговечным?

Проблема в том, что плохое управление дви-

жением нельзя компенсировать более прочной

механической конструкцией, поскольку увеличе-

ние массы робота замедляет движения. Высокая

производительность опирается на упреждающее

управление движением. Контур управления

в контроллере робота АББ планирует перемеще-

ния манипуляторов с учетом их динамических

характеристик, что позволяет снизить механи-

ческие напряжения.

Преимущества упреждающего управления дви-

жением наглядно проявились, когда АББ выигра-

ла заказ швейцарской компании по производс-

тву крендельков. АББ опередила конкурентов

и выиграла заказ, поскольку наш дельта-робот

способен захватывать и перемещать крендельки

с высокой скоростью и при этом снизить про-

цент брака с 12 до 4 %. Алгоритмы управления

перемещениями АББ заслуженно получили на-

звания QuickMove™ и TrueMove™ («быстрое дви-

жение» и «верное движение»). IRB 360 был разра-

ботан с применением только что завершенных

алгоритмов QuickMove и TrueMove второго по-

коления. В среднем IRB 360 на 20 % быстрее, чем

IRB 340, и наилучшие результаты достигаются

при полезной нагрузке от 1,5 до 3 кг.

3 FlexPicker IRB 360 появился на рынке в октябре 2007 г. на выставке PackExpo в США




предприятиях, поэтому несколько лет назад был

разработан модифицированный контроллер.

Уменьшение площади достигнуто за счет более

компактного размещения компонентов и увели-

ченной высоты блока. Этот новый контроллер

быстро стал популярным, он экономит занимае-

мую площадь и снижает расходы, поскольку его

можно устанавливать в уже имеющихся шкафах

управления. Уменьшение габаритов является ней-

тральным требованием при разработке нового

робота, однако минимизация числа деталей имеет

высокий приоритет, поскольку снижает стои-

мость изделия.

FlexPicker второго поколения, IRB 360, имеет меньшее время цикла и более высокую грузоподъемность, он компактнее и легче моется.

Верхние манипуляторы первого робота, IRB 340,

находясь в вытянутом положении, отнимают мно-

го места. В результате укорочения верхних мани-

пуляторов и сокращения рабочей зоны IRB 360

занимает меньшую площадь даже без изменения

станины (требуемая площадь сокращена на 30 %).

Ширина модуля FlexPicker уменьшилась с 965 мм

до 810 мм, а длина – от 980 мм до 820 мм. Эко-

номия места выглядит еще более впечатляющей,

если учесть, что скорость IRB 360 возросла. Более

высокая производительность означает, что семь

роботов IRB 360 могут заменить восемь IRB 340,

и общая экономия площади достигает 40 %.

От захвата до упаковкиДельта-робот FlexPicker IRB 340 был разработан

для захвата и упаковки мелких и легких пред-

метов, которые легко перемещать с помощью

простой вакуумной присоски. После того

как IRB 340 появился на рынке, его применяли

для захвата и упаковки множества различных

продуктов. В настоящее время его часто ис-

пользуют для выгрузки упакованных в пленку

продуктов и их укладки в коробки. Обычно

робот захватывает от 8 до 12 предметов с помо-

щью большого составного вакуумного зажима.

Конечно, увеличение полезной нагрузки в не-

которой степени замедляет FlexPicker, но хуже

то, что нарушаются инерционные свойства инс-

трумента. Чем сильнее смещается центр тяжести

инструмента, тем ниже производительность ро-

бота. Это может сделать его работу неэкономич-

ной, особенно если оператор неправильно задал

конфигурацию системы. Эксплуатация робота

в условиях, выходящих за проектные пределы,

шения. Компоненты робота стали более про-

чными, поэтому они служат дольше и меньше

нуждаются в техническом обслуживании. Улуч-

шенная конструкция облегчает замену деталей,

даже если она выполняется не очень опытными

техниками. Это достигнуто, в частности, за счет

увеличения размеров винтов и направляющих,

так что ремонт и замена теперь упростились,

а возможность ошибки исключена.

Одна из важнейших особенностей дельта-робота АББ – упреждающее управление движением, что обеспечивает быстрое, плавное и воспроизводимое перемещение инструмента.

Простой пример улучшения конструкции – пе-

ремещение кнопки отпускания тормоза из цен-

тральной, относительно труднодоступной части

робота, на внешнюю поверхность. Теперь опера-

тору гораздо легче нажать эту кнопку. Другое усо-

вершенствование состоит в том, что теперь робот

оснащен новыми пластиковыми подшипниками

с низким коэффициентом трения и не требует

смазки после очистки.

Робот для пищевой промышленностиРобот первого поколения, IRB 340, применялся

в пищевой промышленности и мог оснащаться

станиной из нержавеющей стали. Однако многие

другие детали были выполнены из анодированно-

го алюминия. Этот материал можно мыть, но он

был выбран, главным образом, ради уменьшения

массы. Анодированный алюминий недостаточно

стоек к царапинам и агрессивным моющим

средствам, которые применяются в пищевой

промышленности. Поэтому IRB 340 нельзя мыть

теми же способами, что и прочее пищевое обору-

дование, он требует более осторожной очистки

(рис. 4). Конструкция робота нового поколения,

IRB 360, лучше отвечает санитарным требовани-

ям, он несколько массивнее, но легче моется. Все

его металлические детали, включая ось тета, тре-

угольную пластину, крышки манипуляторов и во-

донепроницаемый корпус (IP 69K), выполнены

из нержавеющей стали, так что его можно мыть

струей горячей воды под давлением с близкого

расстояния. Это значит, что для очистки робота

не нужны специальные процедуры, отнимаю-

щие лишнее время. С ним можно обращаться,

как с любым другим оборудованием.

Экономия площадиПлощадь цеха дорого ценится в любой отрасли

промышленности, и пищевая промышленность –

не исключение. Увеличение производительности

при данной занимаемой площади – одно из са-

мых распространенных требований к роботам.

Однако наш стандартный блок управления

роботом слишком велик для большинства задач,

решаемых на пищевых и фармацевтических

4 Мытье робота FlexPicker IRB 340

32 АББ Ревю 4/2008



ухудшает срок службы и стоимость

технического обслуживания.

При разработке IRB 360 была пос-

тавлена цель, увеличить полезную

нагрузку путем повышения момента

на четвертой оси (оси тета), чтобы

сделать робот более универсальным

и расширить круг решаемых задач

без ущерба для его срока службы.

FlexPicker очень часто используют

для упаковки в ящики, и все же увели-

чение грузоподъемности от 2 до 3 кг

резко расширило область его возмож-

ных применений. IRB 360 способен

захватывать более тяжелые предметы,

например, с помощью зажима массой

1 кг он может перемещать упаковки

колбасных изделий массой 2 кг, тогда

как робот IRB 340 с помощью зажима

0,7 кг мог поднимать упаковки весом

1,3 кг. Улучшенные характеристики

робота позволяют вдвое повысить

производительность.

Выше мы говорили о том,

что для увеличения грузоподъем-

ности была изменена конструкция

системы манипуляторов. Разделив

параллельные манипуляторы, мож-

но сделать более прочный робот,

но это увеличит его вес. Кроме

того, возрастет число требуемых

деталей, поскольку для разных по-

лезных нагрузок понадобятся разные системы

манипуляторов. И вновь проблема была решена

с помощью нового контроллера перемещений.

Улучшенное управление движениями робота

позволяет перемещать 3 кг полезной нагрузки

при помощи той же системы манипуляторов

и к тому же сократить время цикла. Более

плавные движения робота и лучшее понимание

пределов его возможностей позволили повысить

производительность IRB 360 по сравнению

с IRB 340 на 30 % для 2 кг полезной нагрузки.

Производительность упаковки в ящики возросла

на 30…50 % (рис. 5).

Начало продажПродажи IRB 360 начались в апреле 2008 г., а вы-

пуск предыдущей модели, IRB 340, окончательно

завершился в октябре 2008 г. Возможность

плавного перехода с IRB 340 на IRB 360 обеспе-

чена сходством конструкции этих двух машин,

хотя IRB 360 превосходит IRB 340 во всех

отношениях. Аналитики прогнозируют рост

продаж, поскольку рынок упаковочных роботов

расширяется, несмотря на появление новых кон-

курентов. Компания уже продала значительное

количество моделей с повышенной грузоподъ-

емностью, которые по своим характеристикам

5 IRB 340 упаковывает кофе в ящики на фабрике Löfbergs Lila в Швеции

превосходят стандартные роботы других фирм.

В мясной промышленности ожидается большой

спрос на роботы FlexPicker из нержавеющей ста-

ли. Фактически все отрасли промышленности,

где на производственных линиях выполняется

захват и перемещение предметов, проявляют

большой интерес к надежным роботам с неболь-

шой занимаемой площадью. Этот рынок уже

существует и на нем есть спрос на скоростные

дельта-роботы. Заказы поступают из Турции, Лат-

вии, России, Саудовской Аравии и других стран

с быстро развивающейся промышленностью.

Благодаря выпуску робота FlexPicker второго

поколения и накопленному опыту, АББ имеет

отличные шансы на этом рынке.

Класс Бенгтсон

ABB Robotics

Вестерос, Швеция

klas. h. bengtsson@se. abb. com



Укрощение нестабильностиНепрерывное совершенствование систем глобального мониторинга для повышения устойчивости электроснабженияАльберт Лайрбукт, Эрнст Шольц, Сержу Падурару

Произошедшие за последнее десятилетие несколько крупнейших аварий

энергосистем продемонстрировали настоятельную необходимость в обо-

рудовании центров управления сетями электроснабжения средствами

раннего предупреждения. Разработанное АББ решение Network ManagerTМ

для систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) и управ-

ления электроснабжением (EMS) с 2008 года обладает возможностями

глобального мониторинга и новым набором средств контроля состояния

электросетей протяженностью в тысячи километров.


34 АББ Ревю 4/2008


измерения частоты, напряжения и тока, синх-

ронизация с помощью GPS позволяет измерять

сдвиг фаз напряжения между оборудованными

PMU подстанциями, что обеспечивает быструю

оценку состояния энергосистемы. PMU передают

результаты фазорных измерений с периодичнос-

тью, равной частоте тока в сети (например, 60 раз

в секунду для сети 60 Гц).

Компания АББ предлагает наиболее полные и адаптируемые к требованиям заказчика WAMS-решения, включая отдельные PMU, автономные системы и системы, интегрированные в Network Manager™ SCADA/EMS.

Несмотря на то что PMU передают мгновенные

выборки результатов одновременно, время

их прибытия в PDC носит случайный характер,

благодаря природе обмена данными через

Ethernet. В силу этого перед обработкой PDC

сортирует поступающие выборки измерений

по их временным отметкам.

В ходе обработки громадное количество данных

от PMU преобразуется в имеющую практическое

значение информацию, предоставляемую опе-

ратору непосредственно или через SCADA/EMS.

Различные способы обработки сигналов PMU

часто называются WAMS-приложениями. Общие

сведения о WAMS-приложениях содержатся в ис-

точнике [1].

Результаты работы WAMS-приложения отобра-

жаются на интерфейсе оператора в реальном

масштабе времени в виде аварийных и пре-

дупредительных сообщений. WAMS может

работать автономно или в составе системы

SCADA/EMS.

Архивы WAMS содержат ценную информацию,

необходимую для анализа произошедших

аварий. Они помогают понять, как сеть электро-

снабжения реагирует на повреждение, каково её

динамическое поведение. С их помощью можно

создать более точную компьютерную модель

энергосистемы.

Широкое предложение WAMSЯвляясь пионером в области разработки WAMS,

компания АББ предлагает наиболее широкий

выбор решений, адаптируемых к любым требова-

ниям заказчиков.

Предложение АББ включает PMU, автономные

системы WAMS, системы, интегрированные

в Network Manager™ SCADA/EMS, а также при-

ложения, разработанные по требованиям заказ-

чиков.

Технология PMUВ 2003 г., когда стандарты для промышленных

фазорных измерительных блоков только

разрабатывались, АББ выпустила PMU RES521,

ставший эталоном количественных и качес-

твенных характеристик в области фазорных

измерений. В 2007 г. RES521 был модифици-

рован для достижения полного соответствия

с окончательной версией коммуникационного

протокола IEEE C37.118 для синхронных фазо-

измерительных приборов. В настоящее время

к выпуску готовится следующее поколение

PMU от АББ. Кроме того, АББ усовершенствует

новую платформу IED REx670 за счет добавле-

ния функций PMU, увеличения числа каналов

аналогового и дискретного ввода-вывода, более

гибкого обмена данными (включая протокол

61850), а также более сложные функции WAMS.

Некоторые из них описываются в этой статье.

Современные компьютерные и коммуника-

ционные технологии позволяют создавать

системы управления и контроля, возможности

которых значительно опережают возможности

самых опытных операторов. Например, ведущие

автопроизводители оборудуют автомобили

системами автоматического контроля, команды

которых обладают приоритетом над действиями

водителя. Современные системы автоматическо-

го пилотирования позволяют даже неподготов-

ленному пилоту безопасно посадить серьезно

поврежденный самолет. В электроэнергетике

примером подобных продвинутых техноло-

гий стали системы глобального мониторинга

(WAMS). В настоящее время операторы сетей

электроснабжения должны передавать больше

энергии через ограниченное число линий,

при меньшем количестве руководящего и обслу-

живающего персонала, увеличивающемся износе

инфраструктуры и дефиците квалифицирован-

ных кадров. WAMS является крупным подспорьем

для операторов электросетей. Она значительно

расширяет их возможности по решению стоя-

щих перед ними задач.

Глобальная система мониторинга обеспечивает системного оператора подробными сведениями о текущем состоянии сетей электроснабжения.

Что обеспечивает WAMSВ сетях переменного тока сигналы напряжения

и тока имеют идеально синусоидальную форму,

показанную на рис. 1а. В протяженной сети

с рассредоточенными генераторами и нагрузка-

ми амплитуда и фаза сигналов тока и напряже-

ния в различных местах будут разными. Стан-

дартные удаленные оконечные устройства (RTU)

измеряют амплитуду, но не измеряют фазу.

Но значение сдвига фазы очень ценно с точки

зрения информации о состоянии сети, поэтому

WAMS собирает сведения не только о токе и на-

пряжении, но и фазе.

WAMS состоит из географически распределен-

ных фазорных измерительных блоков (PMU),

которые передают синхронизированные по вре-

мени результаты измерений для обработки

на концентраторы фазорных данных (PDC).

WAMS выводит данные о текущем состоянии

сети на интерфейсы операторов энергосистемы

(HMI), а также сохраняет их в архиве (рис. 3).

PMU являются сложными интеллектуальными

электронными устройствами (IED). Помимо

1 Представление напряжения переменного тока для двух гипотетических участков сети в виде графика и векторной диаграммы. Напряжение на первом участке 260 В (красная линия), на втором – 240 В (синяя линия)

a б

Временная область Векторная диаграмма

Напряжение, В

500500

500

-500-500

-500

250 250

250

-250-250

-2500

Время, с

000,01 0,02 0,03 0,04


Укрощение нестабильности


ет оптимально распределить обмен

данными и нагрузку центрального

процессора. В перечень доступных

в настоящее время WAMS-приложе-

ний входят:

■ Мониторинг сдвига фаз (PAM).

Определяет аварии по сдвигу фаз

между подстанциями, выбранными

в стратегически важных пунктах,

находящихся даже вне зоны

ответственности операторов элек-

тросетей.

■ Мониторинг теплового состоя-

ния линии (LTM). Рассчитывает

среднюю температуру проводника

на основе фазорных измерений,

выполняемых на обоих концах

линии передачи. Используется

швейцарской электрической ком-

панией Swissgrid и австрийской

Verbund-Austrian Power Grid AG

(APG). Подробное описание приве-

дено в источнике [2].

■ Мониторинг стабильности напряжения (VSM).

Оценивает стабильность напряжения в важ-

нейших линиях передачи электроэнергии

в реальном масштабе времени, пользуясь

только результатами фазорных измерений

на обоих концах этих линий. Использует-

ся хорватской электрической компанией

Hrvatska Elektro-privreda (HEP).

■ Архивация событийных данных (EDDA).

Обнаруживает системные отклонения и ре-

гистрирует данные WAMS в течение опре-

деленного времени перед, во время и после

события.

■ Мониторинг колебаний мощности (POM).

Предупреждает операторов о колебаниях

передаваемой по сети мощности.

■ Модуль оценки состояния с помощью PMU

(PMUinSE). Применяет полученные от PMU

данные для повышения точности оценки

состояния энергосистемы.

Два последних приложения, POM и PMUinSE, явля-

ются самыми современными [3].

POM: распознавание неустойчивостиКолебания мощности – характерное явление

в энергосистемах. Они происходят, когда отде-

льные генераторы или их комплексы начинают

взаимодействовать через систему электропе-

редачи.

Обычно в сети существует несколько подобных

связей, и поэтому суммарное колебание мощ-

ности можно представить в виде отдельных

сигналов определенной частоты. Наиболее

чувствительны к колебаниям мощности системы

с большими расстояниями между местами гене-

Автономные WAMSАвтономная WAMS PSGuard первая

в мире стала выполнять измерения

с помощью PMU. Построенная на ба-

зе системы 800xA, PSGuard обеспечи-

вает работу с HMI, сбор и хранение

данных PMU, а также подачу аварий-

ных и предупредительных сигналов,

выполнение WAMS-приложений

и взаимодействие с системами

SCADA других производителей.

Коммуникационный шлюз осущест-

вляет обмен данными PMU между

сетевыми операторами в реальном

масштабе времени. На рис. 2 показан

интерфейс оператора энергосисте-

мы Swissgrid, системного оператора

Швейцарии.

WAMS для Network Manager™Network Manager™ SCADA/EMS от АББ

предоставляет набор функций по управлению

системой: контроль сети, SCADA с расширенными

приложениями для передачи, генерации и рас-

пределения электроэнергии. Network Manager™

позволяет собирать, хранить и анализировать

данные от сотен и тысяч датчиков в националь-

ных и региональных сетях. Network Manager™

от АББ имеет встроенную WAMS. В настоящее

время SCADA обрабатывает результаты измере-

ний, полученные от обычных RTU, WAMS, а также

аварийные сигналы от WAMS и сигналы, вклю-

ченные в перечень аварий SCADA/EMS. Кроме

того, модернизированная EMS использует данные

WAMS для повышения точности оценки состоя-

ния энергосистемы.

Автономная WAMS PSGuard от АББ первой в мире стала выполнять измерения с помощью PMU.

Стандартная система обмена данными

для Network Manager, PCU400, была дополнена

функциями концентратора фазорных данных,

что позволило ей принимать и синхронизировать

результаты измерений PMU и выполнять WAMS-

приложения. Чтобы обеспечить выполнение

будущих приложений глобального контроля,

MACH2™, которая предназначена для управления

системами FACTS и HVDC (рис. 4).

WAMS-приложенияМодульный состав WAMS-приложений от АББ

предоставляет заказчику возможность выбора ус-

тройства, которое будет их выполнять: PMU, PDC

или центральный блок управления. Это позволя-

2 Автономная WAMS для Swissgrid

3 Типовая конфигурация WAMS

Графический интерфейс пользователя

PDC

Архив данных

PMU PMU PMU PMU

WAMS-приложение

4 Network Manager со встроенными функциями WAMS

PDC

RTU RTU PMU PMU

WAMS-приложение

Network Manager SCADA/EMS

Архив данных

Сбор данных RTU

36 АББ Ревю 4/2008



измерения PMU. Полученные от фа-

зорных измерителей значения тока

и напряжения заносятся в базу дан-

ных реального времени. Технические

подробности подобного расширения

SE обсуждаются в источнике [6].

На рис. 6 показано, насколько уве-

личивается точность SE при исполь-

зовании PMU. В настоящее время

PMU распространены довольно

слабо, однако в ближайшие 5–10

лет ожидается, что большое число

интеллектуальных электронных уст-

ройств (IED) будет модернизировано

за счет добавления функций PMU,

и кроме того, в состав сетей будут

введены новые PMU. Очень похоже,

что в ближайшем будущем примене-

ние фазорных измерений для оценки

состояния сетей станет нормой.

Примеры реализаций WAMS от АББКомпания АББ ведет строгий учет

применения 200 выпущенных ею

PMU RES521 во всем мире. Систе-

мы WAMS используются в Австрии

(APG), Хорватии (HEP), Финляндии

(Fingrid), Норвегии (Statnett), Швей-

царии (Swissgrid) и Таиланде (EGAT).

Установленные в Европе системы

обмениваются выбранными данными

PMU в масштабе реального времени

через коммуникационные шлюзы (рис. 7). Эти

данные используются для контроля колебаний

мощности и фазовых сдвигов в общеевропейской

энергосистеме.

Первая WAMS, объединенная с Network Manager,

была запущена в 2007 г. норвежским сетевым

оператором Statnett. PMU были установлены

на четырех подстанциях (рис. 9). Кроме того,

через коммуникационный шлюз WAMS получает

результаты измерений от PMU из Финляндии.

PDC компании Statnett выполняет POM-анализ

потоков мощности в ЛЭП, идущих от подстанции

в Хасле вглубь Швеции. Воспользовавшись ПО

Labview от National Instruments, компания Statnett

разработала собственное приложение для ана-

лиза, обеспечивающее одновременный доступ

к данным SCADA, WAMS и аварийных регистра-

торов и представляющее собой мощное средство

анализа произошедших аварий. Более подробная

информация об экспериментальном проекте

Network Manager WAMS для Statnett содержится

в источнике [7].

Инцидент 14 августа 2007 г.Очень показательный случай колебаний

мощности был зарегистрирован WAMS в сети

энергетической компанией Таиланда (EGAT),

хорватской электрической компанией Hrvatska

Elektroprivreda (HEP), а также сетевыми опера-

торами Swissgrid (Швейцария), Fingrid (Финлян-

дия) и Statnett (Норвегия)). Более подробные

сведения можно найти в источниках [4] [5].

Взаимодействие PMU с модулем оцен-ки состоянияРезультаты измерений напряжения и тока в сис-

теме SCADA представляют собой «мгновенный

снимок» состояния энергосистемы. Но эти

результаты часто содержат ошибки (вызванные,

например, погрешностью измерения или сбоями

при передаче телеметрии), поэтому модулю

оценки состояния (SE) для составления модели

энергосистемы необходим оптимальный алго-

ритм статистической обработки поступающих

из SCADA данных. Поскольку SE является главным

компонентом EMS, то любое его улучшение

приводит к улучшению всех функций EMS (та-

ких, как анализ последствий аварий и контроль

операций по торговле энергией). Компания АББ

добилась повышения точности работы SE путем

интеграции в Network Manager функций точного

рации и потребления электроэнер-

гии. Кратковременные и небольшие

по амплитуде колебания мощности

не вызывают беспокойства. Но про-

должительные или нарастающие

колебания требуют пристального

внимания оператора.

ABB Network Manager™ SCADA/EMS предоставляет набор функций по управлению системой: контроль сети, системы SCADA с расширенными приложениями для передачи, генерации и распределения электроэнергии.

Существующие системы SCADA

из-за низкого разрешения по вре-

мени не способны обнаруживать

колебания мощности в реальном

масштабе времени. Однако WAMS способна

выполнять измерения с большим разрешением

и осуществлять цифровую обработку их резуль-

татов, что позволяет ей обнаруживать колебания

мощности.

Приложение РОМ является запатентованным

способом обнаружения и распознавания коле-

баний мощности. Оно способно анализировать

отдельные составляющие суммарного колеба-

ния и находить среди них колебания, представ-

ляющие наибольшую опасность. Пример гипо-

тетического суммарного колебания мощности

показан на рис. 5 в виде красной кривой. По ней

очень сложно определить, представляет ли

данная ситуация какую-либо опасность. Однако

РОМ раскладывает суммарное колебание на три

фактически присутствующие составляющие

m1, m2 и m3. Исходя из графика, наибольшего

внимания заслуживает возрастающее колебание

m1. Возможность предоставления подобной

информации в масштабе реального времени

является прорывом в области контроля стабиль-

ности. В настоящее время приложение РОМ

распространяется на коммерческой основе

и уже используется в нескольких энергосисте-

мах по всему миру (например, Государственной

5 Колебание мощности, состоящее из отдельных колебаний. Красная кривая – измеренное суммарное колебание (левая шкала). m1, m2, и m3 – его составляющие (правая шкала)

1100

1050

1000

950

900

850

800

750

7000 2 4 6 8 10

-50

-30

-10

10

30

50Суммаm1m2m3

70

90

Время, с

6 Повышение точности оценки состояния при увеличении числа PMU (экс-перимент проводился в системе из 39 шин)

1.1

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

1 5 10 15 20 25

Процент шин ВН, оборудованных PMU

Нормированное отклонение от величины расчетного потока мощности

Только RTU RTU + PMU



Швейцария Австрия

Хорватия

Дополнительные европейские PMU

Словения

ОбозначенияPSGuard 830/850Концентратор фазорных данных

PSGuardКоммуника-ционный шлюз

Коммуника-ционный шлюз



PDC 1PDC 1

PDC 1

PDC 2PDC 2

Фазорный измерительный блок RES 521 от АББ

Италия

Греция

Закрытая сеть обмена данными между сетевыми операторами

Протоколы PMU: IEEE 1344-1995 и IEEE C37.118

Поток мощности от подстанции Хасле в сторону Швеции080022

400.8

060012

300.7

040002

200.6

020091

100.5

00081

0

0.4

-10

0.3

0.200

00

0505

5050

001001

100100

051051

150150

Мощ

ност

ь, М

Вт

Мощ

ност

ь, М

Вт

Част

ота,

Гц

Затухание сигнала частотой 0,5 Гц

Порог срабатывания сигнализации: 3 %

Изменение частоты основного сигнала 0,5 Гц

Амплитуда сигнала частотой 0,5 Гц

Время, с

Время, сВремя, с

Время, с

a

в

б

г


после начала колебаний мощности. Затухание

этих колебаний показано на рис. 8г. Видно,

что значения упали ниже допустимого предела

в область отрицательных чисел, после чего ос-

тавались очень невысокими, в то время как ко-

лебания не исчезали. Выходные сигналы РОМ

могут передаваться в систему SCADA, которая

просигнализирует оператору об обнаружении

колебаний.

Инициатива SmartGrids открывает широкие перспективы для строительства энергосистем будущего, в которых WAMS станет одним из ключевых элементов.

Важно заметить, колебания мощности, возник-

шие в месте, находящемся между подстанциями

Fardal и Nedre Rossàga, то есть довольно далеко

от южной подстанции на границе Швеции, были

легко обнаружены приложением РОМ. Таким

образом, приложения РОМ и установленные

на стратегически важных подстанциях PMU

смогли контролировать стабильность всей сети.

Более детальное описание данного инцидента

приведено в [8].

Компания АББ предлагает наиболее полные решения, включая PMU, PDC и WAMS, объединенные с Network Manager SCADA, автономные системы WAMS и решения, интегрируемые в системы SCADA других производителей.

Путь впередWAMS получают все большее распростране-

ние, поскольку синхронизированные изме-

рения параметров открывают широчайшие

возможности по оптимизации работы сетей

электропередач. В настоящее время продви-

жению данной технологии способствует ряд

инициатив. Инициатива SmartGrids открывает

широкие перспективы для строительства энер-

госистем будущего, в которых WAMS станет

одним из ключевых элементов. В США Институт

Statnett 14 августа 2007 г. В этот день вышла

из строя одна из ЛЭП, и были допущены ошибки

в управлении генерацией энергии, что привело

к продолжительным колебаниям мощности

в системе электропередачи Норвегии. Зарегис-

трированные РОМ сигналы показаны на рис. 8.

На рис. 8а показан поток мощности из Норве-

гии в Швецию. Сигнал наиболее значительных

колебаний показан на рис. 8б. Видно, что час-

тота основного сигнала паразитных колебаний

составляет 0,5 Гц – наиболее характерное зна-

чение для североевропейской энергосистемы.

Амплитуда этого сигнала показана на рис. 8б.

Видно, как она резко возросла на 35 секунде

38 АББ Ревю 4/2008


7 Обмен данными WAMS в Европе

8 Колебания мощности, зарегистрированные РОМ 14 августа 2007 г.


Альберт Лайрбукт

ABB Power Systems

Осло, Норвегия

albert. leirbukt@no. abb. com

Эрнст Шольц

ABB Corporate Research

Роли, Северная Каролина, США

ernst. scholtz@us. abb. com

Сержу Падурару

ABB Power Systems


sergiu. paduraru@se. abb. com

исследования электроэнергетики (EPRI) раз-

вивает инициативу, нацеленную на массовое

применение данных технологий (Intelligrid).

Североамериканская синхро-фазорная иници-

атива (NASPI) – это еще одна инициатива США,

нацеленная на развитее WAMS и ускорение

разработки новых приложений, повышающих

устойчивость работы.

Компания АББ была первопроходцем в области

WAMS. Продолжительные исследования и раз-

работки привели к созданию ряда технологий,

облегчающих осуществление и повышающих

эффективность контроля и управления систе-

мами электропередачи. Благодаря накопленно-

му опыту и непрерывному совершенствованию

продукции, АББ предлагает наиболее полный

выбор решений, включая объединяемые

с Network Manager SCADA PMU, PDC и WAMS,

а также автономные системы и решения, сов-

местимые с системами SCADA других произво-

дителей.

Благодарность

Авторы приносят благодарность Матсу Ларсону, Петру Корба, Рейнальдо Нукью, Ниле Маюр, Михаэлю Гейгеру, Хьго Майеру за помощь в создании этой статьи.


[1] Novosel, D., Madani, V., Bhargava, B., Vu, K., Cole J. (2008) Dawn of the Grid Synchronization. IEEE power & energy magazine January/February.

[2] Weibel, M., Sattinger, W., Steinegger, U., Zima, M., Biedenbach G. (2006) Overhead Line Temperature Monitoring Pilot Project. CIGRE Session.

[3] North American Synchro-Phasor Initiative Meeting June 11-12, 2008, Bellevue, Washington, http://www. naspi. org/meetings/workgroup/workgroup. stm

[4] Korba, P. (2007) Real-Time Monitoring of Electromechanical Oscillations in Power Systems. IEE Proceedings of Generation Transmission and Distribution. 1/80-88.

[5] Turunen, J., Larsson, M., Korba, P., Jyrinsalo, J., Haarla, L. (2008) Experiences and Future Plans in Monitoring the Inter-area Power Oscillation Damping. IEEE PES General Meeting.

[6] Scholtz, E., Nuqui, R. F., Finney, J. D., Larsson, M., Subramanian, M., Lin G. Estimation of Real-Time Power System Quantities using Time-Synchronized Measurements. US Patent Application

11/609,393

[7] Leirbukt, A., BreidablikJ, 0., Gjerde, O., Korba, P., Naccarino, J., Uhlenand, K., Vormedal, L. K. (2008) Deployment of a SCADA Integrated Wide Area Monitoring System. IEEE T&D Latin America.

[8] Uhlen, K., Warland, L., Gjerde, J. O., Breidablik, 0., Uusitalo, M., Leirbukt, A., Korba P. (2008) Monitoring Amplitude, Frequency and Damping of Power System Oscillations with PMU

Measurements. IEEE PES General Meeting.

8 Подстанции с PMU




Будущее – сегодняЛиния передачи постоянного тока высокого напряжения для крупнейшей в мире морской ветровой электростанцииЙохен Кройзель

Использование возобновляемых источников, позволяющих вырабаты-

вать электроэнергию без выбросов CO2, получает повсеместное распро-

странение. Одна из самых промышленно развитых стран мира, Германия,

поставила перед собой весьма амбициозную задачу: к 2030 г. повысить

долю вырабатываемой из возобновляемых источников электроэнергии

с нынешних 13 до 30 %. При этом большая часть выработки будет при-

ходиться на долю морских ветровых электростанций. Практическая ре-

ализация данной задачи – проектирование и строительство в Северном

и Балтийском морях ветровых электростанций общей мощностью более

15 000 МВт – началась в конце 2006 г. Но каким образом выработанная

электроэнергия будет передаваться на берег?

40 АББ Ревю 4/2008


поддерживать стабильное напряже-

ние в точке соединения с наземной

системой передачи энергии. Таким

образом, в наземную сеть (которая

в прибрежных районах часто бывает

довольно маломощной) может быть

подана достаточно высокая мощ-

ность без опасности нарушения её

работы.

Возможность «черного» пускаСистема передачи может быть запуще-

на из полностью обесточенного со-

стояния (например, когда нет ветра).

Пониженные требования к фильтрации способствуют уменьшению размеровПо сравнению с традиционной систе-

мой HVDC, морская платформа становится более

компактной и легкой.

Для морской ветровой электростанции невозможность «черного» пуска является фундаментальной проблемой.

Мировой рекордДругим преимуществом системы HVDC Light

является возможность использования простых,

легких и экологичных полимерных кабелей,

поскольку встречающиеся в традиционной сис-

теме HVDC скачки напряжения здесь полностью

отсутствуют. Кроме того, в настоящее время пре-

образователи HVDC выпускаются в виде готовых

модулей, что значительно упрощает и ускоряет

монтаж вставок постоянного тока для ветровых

электростанций. Недавно это было продемонс-

что ими можно управлять с помощью широтно-

импульсной модуляции (ШИМ). По сравнению

с традиционной технологией HVDC, это обес-

печивает более приближенную к синусоиде

форму напряжения, благодаря чему снижаются

требования к фильтрации. Благодаря этим трем

особенностям данный способ передачи идеаль-

но подходит для морских ветроэнергетических

установок.

Неограниченное управление реактив-ной мощностьюПреобразователи системы HVDC Light могут

быстро регулировать соотношение активной

и реактивной мощности в заданных пределах

без ступенчатости, характерной для традицион-

ных систем (рис. 2). Таким образом, они могут

использоваться в качестве управляемых компен-

саторов реактивной мощности на обоих концах

линии передачи (статические ВАР-компенсато-

ры или SVC). В случае с морскими ветровыми

электростанциями управление обменом реактив-

ной мощностью с береговой электросетью про-

изводится на морской платформе, что позволяет

Решение данного вопроса стало

настоящей «терра инкогнита»,

поскольку все морские ветровые элек-

тростанции, построенные в других

странах, располагались значительно

ближе к берегу, чем проектируемые

в Северном море. Для того чтобы со-

хранить экологию приливной зоны,

в некоторых случаях потребовалось

прокладывать подводные кабели пос-

тоянного тока длиной более 100 км

(рис. 1), поскольку использование

трехфазных кабелей такой длины

неприемлемо как с экономической,

так и с технической точки зрения.

Именно по этим соображениям под-

водные ЛЭП в скандинавских странах

и межсистемные вставки, соединя-

ющие Скандинавию с Центральной

Европой, представляют собой линии передачи

постоянного тока высокого напряжения (HVDC).

Но это проверенное на практике решение

не так просто адаптировать для передачи энер-

гии, вырабатываемой ветровыми электростан-

циями.

Для работы используемого в системе HVDC

классического тиристорного преобразователя

(в частности, для запирания тиристора) необ-

ходима энергия короткого замыкания, которая

может быть получена из соседней электросети.

Естественно, что это не является проблемой

для межсистемных вставок между Скандинавией

и континентальной Европой, или для протя-

женных ЛЭП в Китае или Южной Америке, где

были построены самые крупные системы HVDC.

Для морских ветровых электростанций, которые

не подключены к мощной электросети, обеспече-

ние возможности «черного» пуска (из обесточен-

ного состояния) является серьезной проблемой.

Система HVDC Light® для морских вет-ровых электростанцийИнновационным решением данной проблемы

стало создание двунаправленного высоковоль-

тного преобразователя. Он построен на совре-

менных силовых полупроводниковых приборах

(биполярных транзисторах с изолированным

затвором или IGBT) и впервые был представлен

компанией АББ в середине 1990-х гг. под маркой

HVDC Light. С тех пор эти преобразователи были

использованы в многочисленных проектах,

а их номинальная мощность постоянно возрас-

тает. Сегодня по данной технологии могут быть

построены системы мощностью до 1100 МВ.

Основным отличием используемых в двунаправ-

ленных преобразователях силовых транзисторов

от тиристоров традиционных преобразователей

является возможность управления не только

отпиранием, но и запиранием. Это означает,

1 План строительства германских ветровых электростанций в Северном море

Морские ветровые электростанции

Строящиеся

Источник данных – Elsam A/S (Дания)

Запланированные

Нидерланды

Дания

2 PQ-диаграммы традиционного преобразователя постоянного тока (а) и двунаправленного преоб-разователя HVDC Light™ (б). Во втором случае обеспечивается непрерывное и быстродействующее управление в любой точке каждого из 4-х квадрантов

Классическая система HVDC Система HVDC Light

-1.0 -1.01.0 1.0

P

Фильтр Преобра-зователь Общая

Фильтр Преобра-зователь Общая

P

Q Q

a б


Будущее – сегодня


трировано в ходе строительства линии Estlink

между Финляндией и Эстонией, которая была

построена всего за 20 месяцев – мировой рекорд

для систем передачи постоянного тока высокого

напряжения [1].

Двунаправленный преобразователь HVDC на биполярных транзисторах с изолированным затвором впервые был представлен компанией АББ в середине 1990-х гг. под маркой HVDC Light.

Начало строительства электросети в Северном мореК лету 2007 г. были выполнены все технические

мероприятия по подготовке к началу строительс-

тва электросети в Северном море. Тендер на стро-

ительство первой линии передачи для ветровой

электростанции Боркум 2 выиграла компания

E. ON Netz. Расчетная пропускная способность

электросети ветровой электростанции составляет

примерно 6300 МВт.

Поскольку «План развития инфраструктуры

ФРГ»1) возлагает ответственность за линии

передачи электроэнергии морских ветровых

электростанций на электросетевые компании,

последние должны подготовить межсетевые

вставки вне зависимости от строительства ветро-

энергетических установок [2]. Несколько таких

«розеток», к которым будут подключаться целые

комплексы ветрогенераторов, будут установлены

в районе Брокум 2. Компания АББ получила

заказ на поставку системы HVDC Light номи-

нальной мощностью 400 МВт для первой из этих

«розеток». 128 км подводного и 75 км подземного

кабеля соединят первый комплекс морских вет-

роэнергетических установок с наземной транс-

форматорной подстанцией в Диле (рис. 3).

В июне 2008 г. начались работы по прокладке

подземного кабеля ±150 кВ постоянного тока

(рис 4). На фото ясно виден его диаметр, типич-

ный для систем HVDC Light – всего 8 см. Участки

кабеля длиной 750 м укладывают прямо на грунт

в траншее глубиной 90 см и накрывают защит-

ной крышкой из пластика.

ЛЭП должна быть введена в эксплуатацию

к 2009 г. Таким образом, она должна быть за-

вершена так же быстро, как Estlink между Фин-

ляндией и Эстонией. Система будет постепенно

расширяться по мере расширения морской

ветровой электростанции. На рис. 5 показана

концепция расширения вставки постоянного

тока, оборудование для которой было закупле-

но электросетевой компанией E. ON, а также

сфера ответственности этой компании. Каждый

комплекс ветроэнергетических установок имеет

отдельную платформу, к которой подключа-

ются кабели 30 кВ от ветровых генераторов.

Данные платформы присоединяются отно-

сительно короткими трехфазными кабелями

к принадлежащим компании E. ON платформам

с преобразовательными подстанциями. Эти же

преобразователи осуществляют обмен реактив-

ной энергией с наземной сетью. Платформы

с преобразовательными подстанциями E. ON

могут быть соединены трехфазными шинами

с дополнительными системами HVDC Light,

что позволит по мере расширения ветровой

электростанции передавать энергию на берег

по параллельным линиям.

Расчетная пропускная способность электросети ветровой электростанции Брокум 2 в Северном море составляет примерно 6300 МВт.

Развитие наземной электросетевой инфраструктурыИтак, решение по транспортировке электроэнер-

гии из моря на берег было найдено. Но успешная

реализация планов германского правительства

по развитию энергетической инфраструктуры

зависит от решения еще одной немаловажной

проблемы. Дело в том, что потребители электро-

энергии находятся не только в приморских райо-

нах на севере Германии. Более того, не все потре-

бители находятся в расположенном неподалеку

густонаселенном Руре, где к тому же в настоящее

время активно строятся новые ТЭЦ, производи-

тельность которых явно превышает потребности

региона. В то же время на юге и юго-западе стра-

ны, где до сих пор используются многочисленные

АЭС, существует дополнительная потребность

в электроэнергии.

В перспективе энергосистему ФРГ ожидают более

серьезные нагрузки, чем в прошлом. Как опре-

делило Германское энергетическое агентство

в своем исследовании, посвященном развитию

энергосистемы, первым шагом по решению

3 ЛЭП, соединяющая морскую ветровую электростанцию Боркум 2 с энер-госистемой ФРГ

Номинальная мощ-ность 400 МВт

Ветровая электро-станция Боркум 2

Морская ветровая электро станция Бор-кум 2: крупнейшая морская вет-ровая электро-станция в мире, наибольшее рассто-яние до берега, пер-вая ЛЭП постоянного тока в Германии.

Sylt Дания

128 км подводного кабеля

BorkumNorden

Emden

Подстанция в Диле

Bremer-haven

CuxhavenScharhörn

Helgoland

Wilhelms-haven

75 км подзем-ного кабеля

Нидерланды

Морская ветровая электростанция

4 Прокладка первых участков кабеля (номинальное напряжение 150 кВ, передаваемая мощность 400 МВт). Район Аурих, Германия, июнь 2008 г.

1) Infrastrukturplanungsbeschleunigungsgesetz

42 АББ Ревю 4/2008



Йохен Кройзель

ABB AG

Мангейм, Германия

jochen. kreusel@de. abb. com

При более конкретном рассмотрении ста-

новится ясно, что система электропередач

для ветровой электростанции Боркум 2 задает

возможное направление развития всей отрасли.

Здесь кабели постоянного тока не заканчива-

ются на берегу, где нет подходящей точки под-

ключения, а проходят еще 75 км до подстанции.

Как и ожидалось, данная линия стала первой

в Европе ЛЭП постоянного тока большой

протяженности, что было по достоинству оце-

нено федеральным правительством Германии.

В одобренном федеральным кабинетом 18 июня

2008 г. законопроекте по ускорению развития

сетей сверхвысокого напряжения однозначно

указано, что системы HVDC будут использовать-

ся для передачи электроэнергии в южную часть

Германии [4].

данной проблемы станет модернизация к 2015 г.

существующей сети 400 кВ. Но помимо этой

модернизации, в дополнение к имеющейся сети

400 кВ, будет создана новая сеть электропередачи

на дальние расстояния, которая будет наложена

на существующую. В ее состав будут входить

как ЛЭП сверхвысокого напряжения до 800 кВ,

так и системы HVDC, которые изначально более

приспособлены для передачи на дальние рассто-

яния из-за меньших потерь и отсутствия потреб-

ности компенсации реактивной мощности.

Компания АББ поставит систему HVDC Light номинальной мощностью 400 МВт для первой морской линии передачи постоянного тока для ветровой электростанции.

5 Концепция расширения системы передачи электроэнергии, вырабатываемой морской ветроэлектростанцией Боркум 2

Фильтр пе-ременного тока

Дроссель

Преобразова-тельный вентиль

Кабель HVDC Light +150 кВ

Кабель HVDC Light – 150 кВ КРУЭ 154 кВ

Трехфазная шина вы-сокого напряжения

Дополнительный комп-лекс ветрогенераторов 1

Силовой транс-форматор

Комплект поставки

Морская преобразовательная подстанция I

Дополнительная система HVDC Light 1

Дополнительная система HVDC Light 2


[1] Ronstrom, L., Hoffstein M. L., Pajo, R., Lahtinen M. (2007, June). The Estlink HVDC Light® Transmission System, Security and

Reliability of Electric Power Systems. Paper presented at the CIGRE Regional Meeting, Tallinn.

[2] Bundesgesetzblatt. (2006, December 9). Gesetz zur Beschleunigung von Planungsverfahren fur Infrastrukturvorhaben vom 9.

Dezember 2006. I, 2833, Berlin.

[3] Deutsche Energie-Agentur. (2004). Energiewirtschaftliche Planung fur die Netzintegration von Windenergie in Deutschland an

Land und Offshore bis zum Jahr 2020 (dena Grid Study), Cologne.

[4] Bundesministerium fur Wirtschaft und Technologie. (2008, June 18). Entwurf eines Gesetzes zur Beschleunigung des Ausbaus

der Hochstspannungsnetze. Berlin.

Платформа комплекса ветрогенераторов 1

Дополнительный комп-лекс ветрогенераторов 2




Обеспечение безопасности – важнейшая

задача любого предприятия. Само собой

разумеется, что любая угроза для людей

недопустима. Но значение понятия «безо-

пасность» шире обеспечения защиты лю-

дей и оборудования. Например, последс-

твия отрицательного освещения прессой

инцидента, связанного с недостаточной

безопасностью, может привести к далеко

идущим последствиям для конкрет-

ной компании и, в некоторых случаях,

для всей отрасли промышленности.

Из-за возрастающей сложности техно-

логических процессов, а также исполь-

зования на предприятии оборудования

различных производителей, поддержание

безопасности становится очень сложной

задачей. Компания АББ считает, что сис-

тема обеспечения безопасности больше

не может оставаться дополнительной,

то есть разработанной и поставленной

отдельно от остального оборудования

предприятия. Наоборот, она должна стать

частью производственного процесса.

Промышленная IT-система безопасности

System 800xA High Integrity является со-

ставной частью выпускаемой АББ систе-

мы управления System 800xA.

Встроенная защитаИнтегрированные системы безопасности: под надежной защитойКристиан Ольсон

44 АББ Ревю 4/2008


страховых взносов (поскольку страховые

организации оценивают возможности своих

клиентов по ограничению рисков, основываясь

на указанных стандартах).

Системы безопасности от АББКомпания АББ имеет почти 30-летний опыт

выпуска систем безопасности, первая из кото-

рых начала разрабатываться в 1978 г., а в 1979 г.

была введена в эксплуатацию на платформе

Статфьорд, расположенной на континентальном

шельфе в Северном море. Преимущество АББ пе-

ред другими поставщиками систем безопасности

заключается в том, что наша компания заняла

тогда сильные позиции на рынке Норвегии,

страны, национальные стандарты безопасности

которой были разработаны и приняты задолго

до действующих в данной области международ-

ных стандартов.

За время присутствия на рынке АББ успела

выпустить несколько поколений систем безопас-

ности, реализованных на основе разнообразных

технических решений: от разработанных в Нор-

вегии систем семейства Safeguard и модульных

систем тройного резервирования Plantguard

до самой последней модульной масштабируемой

системы 800xA High Integrity, входящей в серию

System 800xA.

Система 800xA High Integrity принадлежит

к последнему поколению интегрированных

систем безопасности, т. е. систем, составляющих

единое целое с обычной системой управления

технологическим процессом. Компания АББ

гордится своим 25-летним опытом в данной об-

ласти, который начался с ввода в эксплуатацию

в 1984 г. интегрированной системы безопаснос-

ти для морской платформы Гуллфакс А.

Система безопасности является важнейшей

составляющей любой автоматизированной

системы управления производством и поэтому

независимо от своего местоположения требует

доступа к квалифицированной поддержке в лю-

бое время. Опытные специалисты по вопросам

безопасности из представительств АББ на всех

континентах оказывают помощь круглосуточ-

но, что позволяет минимизировать простои

производства. Дополнительное доверие заказ-

чиков обеспечивается тем, что в настоящее

время компания TÜV Rheinland занимается

сертификацией соответствия систем безопас-

ности стандартам МЭК 61508 и 61511 для 16

региональных дилеров АББ по всему миру.

Системы безопасности компании АББ успеш-

но эксплуатируются более чем в 45 странах,

что подтверждает эффективность работы сети

ее местных представительств и центров под-

держки.

Консультативная группа ARC прогнозирует,

что до 2012 г. ежегодное увеличение гло-

бального рынка систем безопасности будет

составлять 12,5 %. Наибольший рост ожидается

в нефтегазодобывающей и нефтехимической

промышленности. Он будет подкреплен ужесто-

чением норм безопасности и повсеместным при-

нятием международных стандартов МЭК 61508

и 61511 для применения в «нетрадиционных»

для них отраслях.

Область применения систем безопасности

охватывает теперь не только традиционные

задачи обнаружения возгорания, утечки газа

или аварийного останова в нефтегазовой и хи-

мической промышленности. Расширяющаяся

потребность существует и в других отраслях,

включая энергетику, целлюлозно-бумажную

и горную промышленность и даже производство

полупроводников. Диапазон выполняемых задач

начинается с традиционного управления горел-

ками и котельными и заканчивается обработкой

опасных материалов и защитой производствен-

ного оборудования.

Система безопасности является важнейшей составляющей любой автоматизированной системы управления производством.

Помимо тенденции к ужесточению

нормативных требований и повсеместному

принятию стандартов МЭК 61508 и 61511,

расширенное распространение систем

безопасности вызвано также с усилением

общественного мнения о необходимости

более строгой защиты людей и окружающей

среды (то есть снижения репутационных

рисков), а также стремлением к снижению


Встроенная защита


Изначально системы безопасности

разрабатывались как полностью

автономные системы, в которых

снижение рисков достигалось путем

аппаратного резервирования и неза-

висимостью от системы управления

процессом. Прогресс, достигнутый

в программном и аппаратном обеспе-

чении, производственных технологи-

ях, повысил надежность аппаратных

средств и позволил охватить диагнос-

тикой почти 100 % контролируемого

оборудования. В настоящее время

системы безопасности должны обес-

печивать определенный международ-

ными стандартами уровень защиты

без изменения схем аппаратного

резервирования. В результате были

разработаны одно- и двухканальные

масштабируемые интегрированные

системы (рис. 1), обеспечивающие непрерыв-

ность работы без ущерба безопасности [5].

Наряду с полным соответствием требованиям

международных стандартов, данные системы

имеют много общего с традиционными система-

ми управления технологическими процессами

и поэтому хорошо подходят для создания ин-

тегрированных решений. В результате системы

безопасности все реже приобретаются отдельно

и все чаще становятся критически важными

составляющими комплексной системы автомати-

зации. Тенденцией современного рынка является

усиливающаяся дифференциация поставщиков

интегрированных и традиционных, то есть отде-

льных, систем безопасности.

технической эффективности привела к переходу

от традиционных автономных систем безопас-

ности к интегрированным, разрабатываемым

совместно с независимыми исследовательскими

бюро, такими как ARC [4]. В то же время расши-

рение сферы применения систем безопасности

и ужесточение международных стандартов

заставило производителей всё активнее внедрять

новые идеи и разработки одновременно со стро-

жайшим соблюдением требований нормативных

актов в данной области.

Стандарты МЭК 61508 и 61511 содержат четкие

требования к разрабатываемым системам бе-

зопасности и систематизируют практический

опыт по оптимизации их защитных функций.

Стандарты предлагают конечным пользователям

эффективные средства оценки уровня безопас-

ности, но не освобождают их от ответственнос-

ти за безопасную работу установки. Опреде-

ленные стандартами уровни безопасности SIL2

и SIL3 четко определяют возможности системы

по снижению рисков2).

Будучи поставщиком систем безо-

пасности, АББ должна поддерживать

баланс между удовлетворением тре-

бований клиентов и соответствием

требованиям нормативных докумен-

тов. Для АББ главным является обес-

печение безопасности. Структурный

подход к процессу проектирования

предусматривает определение проце-

дуры разработки с помощью модели

VEE1), работу отдельных команд раз-

работчиков (раздельное выполнение

задач) и применение разнообразных

технологий.

Доверие наших клиентов укрепляется,

благодаря непрерывному контролю

со стороны независимого органа

по сертификации TÜV.

В настоящее время системы безопасности должны обеспечивать определенный международными стандартами уровень защиты без изменения схем аппаратного резервирования.

Соответствие требованиям рынкаЗа последние годы, в течение которых примене-

ние систем безопасности стало повсеместным,

пользователи смогли оценить все их преимущес-

тва и недостатки и сформулировать требования

по дальнейшему усовершенствованию. Пот-

ребность конечных пользователей в снижении

эксплуатационных расходов, расширении

функциональных возможностей и повышении

1 Одно- и двухканальные интегрированные системы безопасности

Одноканаль-ная система безопасности уровня SIL 2

Двухканальная система безопас-ности уровня SIL 2 (повышенной надежности)

Подсистема ввода-вывода S880

1) VEE модель (V-Model) является моделью разработки

информационных систем. Она представляет собой

набор стандартов в области проектов, касающихся

разработки новых продуктов для немецких федераль-

ных административных и оборонных проектов.2) Уровень безопасности (SIL) – относительная степень

снижения риска. В обрабатывающей промышленности

обычно наивысшим считается уровень SIL3.

46 АББ Ревю 4/2008



к новейшему поколению масшта-

бируемых модульных систем безо-

пасности. Последняя версия уровня

SIL3 основана на конфигурации,

известной как «система 1oo2D» (бук-

ва «D» указывает на расширенные

встроенные функции диагностики

отказов). Система соответствует SIL3

даже в конфигурации без резервиро-

вания. Аппаратное резервирование

используется для повышения эксплу-

атационной готовности, при этом

уровень безопасности от конфигура-

ции не зависит.

Следует указать, что использование

800xA High Integrity в качестве интег-

рированной системы безопасности

является только одним из ее возмож-

ных применений. С самого начала

она задумывалась как автономная

система безопасности, а встраивание

в систему управления производс-

твенным процессом – это всего лишь

одна из опций, доступных для конечного пользо-

вателя. Основываясь на тенденциях современно-

го рынка, все больше заказчиков стремятся вос-

пользоваться потенциальными преимуществами

интегрированных систем. Система безопасности

800xA High Integrity во многом схожа и поэтому

легко встраивается в системы управления тех-

нологическими процессами семейства System

800xA, благодаря чему общие эксплуатационные

расходы конечных пользователей значительно

сокращаются.

Благодаря общим инженерным решениям вре-

мя и стоимость совместного монтажа систем

безопасности и управления процессами значи-

тельно сокращается, а эффективность их работы

повышается. Это правило распространяется

на первоначальную разработку, ввод в эксплуа-

тацию, модификацию общей системы, а также

на ее возможное расширение для удовлетворения

будущих требований.

Операторы получают возможность обработки

всех событий и аварийных ситуаций по мере

их возникновения, что позволяет им принимать

своевременные решения по предотвращению

опасных последствий. Произошедшее событие

регистрируется с точностью до миллисекунды

и впоследствии может быть подвергнуто само-

му тщательному анализу.

по сокращению величины эксплуатационных

расходов.

Система 800xA High IntegrityСертифицированный на соответствие SIL2 конт-

роллер (логическое решающее устройство) 800xA

High Integrity и соответствующая подсистема

ввода-вывода начали выпускаться в конце 2004 г.

С тех пор было выпущено и поставлено в 35

стран более 1000 контроллеров.

Несмотря на возрастание роли все более мощных систем безопасности и управления производственными процессами, решающее влияние на работу предприятия оказывает человеческий фактор.

Их дальнейшим развитием стала платформа

800xA High Integrity, которая, как ожидается,

будет сертифицирована на соответствие SIL3

в конце 2008 г. Несмотря на то что сейчас

для большинства систем безопасности достаточ-

но уровня SIL2, конечные пользователи в своей

массе заказывают системы, сертифицирован-

ные на соответствие SIL3, поскольку считают,

что данный уровень будет широко востребован

в будущем. 800xA High Integrity принадлежит

Несмотря на возрастание роли все

более мощных систем безопасности

и управления производственными

процессами, решающее влияние

на работу предприятия оказывает че-

ловеческий фактор. Действия опера-

торов, инженеров и обслуживающего

персонала остаются важнейшими

причинами возникновения опасных

ситуаций [6]. Это приводит к необхо-

димости тщательнейшего изучения

вопросов функционирования систем

безопасности. Финансовой подопле-

кой данных исследований является

необходимость сокращения экс-

плуатационных расходов в течение

всего срока службы системы. Но не-

смотря на важность потенциальной

экономии на эксплуатационных

расходах, не следует забывать о глав-

ной задаче – обеспечении защиты

от всевозможных рисков. В условиях

жесткой конкуренции очень часто

на предприятиях используются мно-

гочисленные системы различных изготовителей.

В совокупности с устаревшим багажом знаний

персонала это может привести к ошибкам, веду-

щим к опасным последствиям. Очевидно, что из-

бежать усложнения состава и увеличения числа

используемых систем можно при использовании

интегрированных систем безопасности, схожих

с системами управления производственным

процессом.

Многие из новых систем безопасности облада-

ют расширенным уровнем интеграции и масш-

табирования. Они позволяют оптимизировать

состав системы управления процессами, повы-

шают эффективность производства, облегчают

управление и обслуживание, а также позволяют

пользователю обеспечить безопасность техно-

логического процесса в полном соответствии

с выполняемой задачей. Интегрированные

надлежащим образом системы безопасности

не только позволяют снизить эксплуатационные

расходы, но и, что более важно, обеспечить

безопасную работу системы производства. Ос-

нованная на высочайшей компетенции наших

специалистов эффективность инженерных

решений и технической поддержки оказывает

непосредственное воздействие на производи-

тельность и безопасность предприятия.

Многие поставщики систем управления про-

изводственными процессами предлагают

интегрированные системы безопасности

в дополнение к предлагаемым ими DCS3). Од-

нако существуют едва уловимые, но важные

различия в поддерживаемых ими уровнях ин-

теграции [7]. Решения различаются по степени

интегрирования и поэтому дифференцируются 3) DCS: распределенная система управления




Обращаться к нам можно на всех этапах реа-

лизации проекта по всем вопросам, связанным

с обеспечением безопасности на любом уровне

управления предприятием: от заводоуправления

до цеха (см. вставку).

Полностью интегрированное решениеРасполагая почти 30-летним опытом создания

конкурентоспособных решений в области

промышленной автоматизации и безопасности,

компания АББ предлагает своим клиентам ин-

тегрированные системы безопасности нового

поколения. АСУ System 800xA, объединенная сис-

темой безопасности 800xA High Integrity пред-

ставляет собой комплексное решение по автома-

тизации любого производства. Интегрированная

система 800xA High Integrity обеспечивает

разумный баланс между производительностью

и безопасностью, а также позволяет уменьшить

эксплуатационные затраты без снижения уровня

защиты.

Кристиан Ольсон

ABB AS, Safety Center of Excellence

Осло, Норвегия

kristian. olsson@no. abb. com

Расширенный набор встроенных функций поз-

воляет настраивать работу системы безопасности

так, чтобы она полностью соответствовала требо-

ваниям конкретного применения и обеспечивала

надежную защиту, не допуская нежелательных

срабатываний.

Поскольку аппаратное и программное обеспече-

ния систем безопасности и управления техноло-

гическими процессами во многом схожи, время

(а, следовательно, и стоимость) подготовки

персонала значительно сокращается, что также

снижает общие затраты на эксплуатацию.

Область применения системы значительно

расширяется за счет использования мощных

возможностей System 800xA, таких как управле-

ние обменом данными и производственными

ресурсами в интересах обеспечения безопас-

ности. Более того, не следует забывать, что сис-

тема безопасности должна быть рассчитана

на возможное расширение и модернизацию

существующей системы управления технологи-

ческим процессом. В настоящее время многие

предприятия внедряют системы безопасности

в существующие АСУ производством. Это вызвано

и необходимостью обеспечить соответствие

действующим стандартам, и стремлением умень-

шить страховые взносы. 800xA High Integrity

идеально подходит для интеграции не только

в System 800xA, но и в любую существующую сис-

тему автоматизации.

Комплексное предложениеХотя первое, что приходит на ум, когда говорят

о системе безопасности – это контроллеры

и подсистемы ввода-вывода, не следует забывать,

что в нее входят и другие элементы, начиная

с первичных датчиков (измерительных прибо-

ров) и заканчивая исполнительными механиз-

мами.

Располагая насчитывающим несколько десяти-

летий опытом создания систем безопасности,

компания АББ предлагает приборы, сертифици-

рованные на соответствие SIL, датчики, приводы

клапанов и другие исполнительные устройства.

Возможны различные решения, от сертифици-

рованных TUV на соответствие требованиям

МЭК 61508 измерительных преобразователей

с высокой степенью интеграции и полным

резервированием, до обычных датчиков с рас-

ширенной диагностикой для повышения на-

дежности работы. Исполнительные механизмы

выпускаются с модулем аварийного останова,

позволяющим при необходимости отключить

автоматику и прекратить работу. Кроме того,

мы предлагаем оценить возможности наших

систем безопасности, воспользовавшись услуга-

ми независимых экспертов.

Наша служба ABB Global Consulting проконсуль-

тирует вас по всем вопросам, начиная с проекти-

рования системы и заказа оборудования, и закан-

чивая его работой и выводом из эксплуатации.

■ Безопасность технологического процесса

■ Исследования опасности и работоспособ-

ности (HAZOP)

■ Анализ рисков технологического процесса

(PHR)

■ Работа во взрыво- и пожароопасной сре-

де (ATEX/DSEAR)

■ Человеческий фактор

■ Обработка аварийных сигналов

■ Функциональная безопасность

■ Системы управления функциональной бе-

зопасностью (сертифицированные TÜV)

■ Определение и обеспечение уровней бе-

зопасности SIL

■ Модернизация устаревших систем

■ Внедрение инструментальных систем

безопасности (SIS)

Служба ABB Global Consulting консультирует по следующим вопросам, связанным с безопасностью:


[1] Safety and Critical Control System Worldwide Outlook, Market Analysis and Forecast Through 2012, 2008, ARC Advisory Group.

[2] Complete Control And Safety For Statoil Sleipner Platform, ABB Project Profile 3BNP000565R0001.

[3] Nunns, S. R., Prew, R. W. (2008). Safe and sound. ABB Review Special Report Process Automation Services & Capabilities,

30 –34.

[4] Business Issues Driving Safety Systems Integration, 2006, ARC White Paper, ARC Advisory Group.

[5] Reduce Risk With A State-of-the-Art Safety Instrumented System, 2004, ARC White Paper, ARC Advisory Group.

[6] Out Of Control: Why Control Systems Go Wrong And How To Prevent Failure, UK Health and Safety Executive.

[7] Business Issues Driving Safety Systems Integration, 2006, ARC White Paper, ARC Advisory Group.

48 АББ Ревю 4/2008



Данный способ производства биоэтанола

включает в себя две ступени – сбраживание

сырья и отделение этанола от воды – и может

быть реализован с помощью самого просто-

го оборудования. В 2008 г. он завоевал приз

за инновации от Финского фонда химической

промышленности за то, что сделал рентабель-

ными малые установки, расположенные рядом

с источником сырья. В результате эксплуатаци-

онные расходы малых установок стали ниже,

чем больших.

Эффективное обеспечение топливом

Принцип производства этанола

a Биотопливо

б Пар + кислород

в Газогенератор

г Охладитель газа

д Фильтр горячего газа

е Пар + кислород

ж Реформинг-установка

з Охладитель газа

и Конверсия с водяным паром

к Гидрогенизация

л Синтез-газ

м Гаситель

н Горелка

о Котёл-утилизатор

п Паровая турбина

р Конденсатор

с Охлаждение воздухом

т Дымовая труба

у Свеча для сжигания излишков газа

ф Горелка

х Газовая турбина

ц Байпассируемый процесс

a

б

в

г

д

е

ж

з

и

к

л

м

н

ор

p

с

т

у

ф

х

ц

Этанол образуется в результате сбраживания растительного сырья, в ходе которого крахмал превра-

щается в мелассу (сахар), а меласса – в спирт. Затем с помощью перегонки получают 95 % спирт.

Биотопливо становится необходимой частью нашей жизни. К концу

2010 г. Европейскому союзу потребуется заменить биотопливом

и другими возобновляемыми источниками энергии не менее 5,75 %

бензина и дизельного топлива, потребляемого транспортом.

А к 2020 году доля альтернативного топлива должна увеличиться

до 20 %.

В связи с этим финская компания St1 Biofuels Oy начала собс-

твенное производство этанола из пищевых отходов. Она первой

в Финляндии стала вырабатывать биоэтанол из таких отходов,

собранных в окрестностях завода. АББ поставляет для этого нова-

торского производства не только приводы, но и систему управле-

ния производством IndustrialIT 800xA Extended Automation System.

Фото предоставлено St1 Biofuels Oy


Система 800xA компании АББ способствует рентабельности небольших установок по производству биоэтанола

Мария-Лиза Парккинен, Сеппо Хаконен

Серверы системы

Рабочие станции

Удаленные клиенты

Приводы с регулируемой скоростью

Автоматизация процесса

S800 I/O

S900 I/O (Ex)

Обеспечениебезопасности

Уровень клиент-сервер

Уровень управления

Уровень устройств

Устройства, соединенные скоростной полевой шиной (FF HSE/HI, PB DP/PA)

Центруправления

двигателями

Автоматизация процесса и обеспечение безопасности

Сеть системы управления


Установка компании St1 Biofuels1) в Лаппеенран-

та – это сооружение площадью 500 квадратных

метров, на котором нет операторов. Все управле-

ние осуществляется дистанционно.

Компания имеет также установки в Нярпиё и Ха-

мина (Финляндия). Установка в Лаппеенранта

производит этанол из отходов хлебопекарного

и кондитерского производства, установка в Няр-

пиё – из отходов переработки картофеля, а ус-

тановка в Хамина – из отходов хлебопекарного

и других пищевых производств.

По сравнению с традиционными технологиями

перегонки, применяемыми на больших заводах,

малые установки обладают рядом преимуществ.

Малые установки требуют меньшего количества

оборудования и меньшего расхода энергии

на литр произведенного этанола. Кроме того,

такая установка снижает выбросы углекислоты

и не использует ископаемое органическое сырье.

Простая технология и малые размеры установки

делают этот способ производства биоэтанола

очень привлекательным, особенно для густонасе-

ленных промышленных стран с большим коли-

чеством пищевых отходов.

Малотоннажной установкой по производству биоэтанола управляет система 800xA компании АББ. Контроль технологического процесса осуществляется оператором с помощью рабочей станции.

Работа системы 800xAМалотоннажной установкой по производству

биоэтанола управляет система 800xA компании

АББ. Контроль технологического процесса

осуществляется оператором с помощью рабо-

чей станции. Приводы АББ подключены к этой

системе через промышленную шину PROFIBUS

DP. Система 800xA обеспечивает также ком-

фортное локальное управление производством

этанола. Кроме того, АББ предлагает множество

услуг, таких как ввод в эксплуатацию и обучение

персонала.

С момента появления на рынке в 2004 г. система

800xA была продана более чем четырем тысячам

заказчиков из самых разных отраслей промыш-

ленности. Система превосходно проявила себя

не только на крупных заводах, но и на небольших

установках.

Мария-Лиза Парккинен

(в прошлом) ABB Process Automation

Хельсинки, Финляндия

Сеппо Хаконен

ABB Process Automation

Хельсинки, Финляндия

seppo. hakonen@fi. abb. com

1) St1 Biofuels Oy – это совместное предприятие VTT

Technical Research Center of Finland и частных собст-

венников.

50 АББ Ревю 4/2008

Эффективное обеспечение топливом

Упрощенная схема производственной установки с системой 800xA в качестве центра управления


Требуется хороший кожухСледующий шаг в конструировании измерительных трансформаторов для наружной установкиХоан Ле

Измерительные трансформаторы преобразуют большие напряжения или то-

ки, характерные для передающих и распределительных сетей, в малые,

которые могут быть поданы на низковольтные устройства. Они применяются

в системах измерения (биллинг и торговые операции, связанные с электро-

энергией), защиты (защитные реле, защита систем), управления (функции

управления системой) и контроля нагрузки (оптимизация работы промыш-

ленных нагрузок). Измерительные трансформаторы, предназначенные

для разных целей, сильно различаются по конструкции. Вообще говоря,

от собственно измерительных трансформаторов требуется высокая точность

преобразования в рабочем диапазоне напряжения и тока, а от защитных из-

мерительных трансформаторов – высокая линейность в широком диапазоне

напряжения и тока.

При нарушениях нормальной работы, таких как отказы системы или пе-

реходные перенапряжения, можно использовать выход измерительного

трансформатора, чтобы через защитное реле запустить необходимые от-

ветные действия. Например, можно замкнуть или разомкнуть выключатель

или так изменить конфигурацию системы, чтобы ослабить опасное воздейс-

твие и защитить основную часть системы. Измерительные трансформато-

ры – это самое распространенное и экономичное средство обнаружения

подобных нарушений. И они должны работать независимо от таких факторов

внешней среды как ультрафиолетовое излучение, загрязнение, влага, дождь,

колебания температуры или соляной туман. Чтобы обеспечить бесперебой-

ную работу измерительных трансформаторов в столь сложных условиях, АББ

постоянно ищет новые материалы для их защиты.


Усовершенствованная изоля-ция наружного оборудованияВ настоящее время лучшим изоляци-

онным материалом для наружного

оборудования считается силиконовая

резина в силу ее низкой плотности,

большой электрической прочности

при высоком напряжении и пре-

восходной стойкости к сильно за-

грязненной внешней среде. Высокая

стойкость такой резины определяют-

ся ее гидрофобностью (способнос-

тью отталкивать воду).

На гидрофильных (смачиваемых

водой) изоляционных материалах

в присутствии влаги образуется

сплошная водяная пленка, в кото-

рой растворяются присутствующие

в воздухе электропроводящие

примеси (соли, неорганические

и органические кислоты и т. д.). Такие

электролитические пленки приводят

к появлению проводящих дорожек2) (треков)

и дуговым разрядам между дорожками. Если

изоляция изготовлена из полимера, то очень вы-

сокая температура дугового разряда (>1000 °C)

вызывает разрушение полимера и эрозию

поверхности изолятора, что увеличивает утечку

тока. Со временем такие проводящие дорожки

распространяются, дуга становится все длиннее

и в итоге происходит поверхностный пробой.

Поэтому срок эксплуатации наружного электро-

оборудования сильно зависит от изоляционного

материала кожуха.

На поверхности гидрофобного изоляционного материала вода собирается в капли и стекает вместе с попавшими в нее примесями.

На гидрофобных изоляционных материалах

водяная пленка не образуется. Вода собирается

в капли и стекает, унося с собой электропроводя-

щие примеси. Такая способность гидрофобных

поверхностей к самоочищению препятствует

трекингу, т. е. увеличивает срок службы наружного

ния – эластомеры на основе полиуретана (ПУ).

Эти смолы, как правило, заливают под вакуумом.

ПУ выгодно отличается от остальных литьевых

смол простой технологией заливки, температу-

ра его формования ниже, а время цикла короче,

чем при вакуумной заливке эпоксидных смол.

Предназначенные для наружной эксплуатации

полностью вулканизированные ПУ-эластомеры

просты в изготовлении, обладают отличными

изоляционными свойствами и стойкостью

к внешним воздействиям.

В конце 60-х основной изолиру-

ющей средой в сухих измери-

тельных трансформаторах среднего

напряжения (до 40 кВ) был бутилкау-

чук. Правильно компаундированный

бутилкаучук – отличный изолятор,

и некоторые производители изме-

рительных трансформаторов до сих

пор используют бутилкаучуки собс-

твенной рецептуры. Но формование

резины требует высокого давления

(более 15 атмосфер), и вулканиза-

ция – не самая подходящая техноло-

гия для того, чтобы соблюсти точные

размеры изоляционных промежутков

и геометрию узла сердечника и обмо-

ток, т. е. тех параметров, от которых

зависят рабочие характеристики

трансформатора1) (рис. 1). Это огра-

ничение побудило конструкторов

искать альтернативные изоляцион-

ные материалы для измерительных

трансформаторов наружной установ-

ки (ИТНУ).

Литьевые смолы оказались превосходной

заменой бутилкаучуку. Исходные компоненты

этих смол можно перекачивать, дозировать,

смешивать и распределять либо под средним

вакуумом, либо под небольшим избыточным

давлением (приблизительно в две атмосферы)

в процессе автоматического желирования

под давлением (APG). Отверждение можно

выполнять при атмосферном или чуть более

высоком (2–3 атм) давлении. Более мягкие

условия обработки позволяют лучше соблюсти

заданные зазоры и геометрию сердечника, т. е.

выпускать единообразную высококачественную

продукцию.

Одна из таких смол, циклоалифатическая эпок-

сидная смола (ЦЭС), впервые была использована

для изготовления наружных изоляторов в конце

70-х годов. Она очень хорошо противостоит де-

градации, обладает превосходной трекинг-эро-

зионной стойкостью и способна выдерживать

воздействие влаги, ультрафиолетового излуче-

ния, загрязнителей и химикатов. В настоящее

время ЦЭС – самый распространенный изоля-

ционный материал в оборудовании среднего

напряжения для наружной установки.

В 80-е годы был найден более дешевый изо-

ляционный материал для такого оборудова-


1 Типовые температуры и давления при формовании бутилкаучука в про-цессе изготовления измерительных трансформаторов (фотографию пре-доставила компания Westinghouse Electric Corp.)

Предв. ИК нагрев

Время от начала прессования, ч Внутреннее давление Температура

0 0,7 1,2 1,7 2,2 2,7 3,2

350

300

250

200

150

100

50

0

-50

150

140

130

120

110

100

90

T, °C

Pвн

утр.

, фун

т/дю

йм2

Распределение давления и температуры бутилкаучуковой изоляции трансформатора напряжения

Обратите внимание на короткий пик давления (300 фунт/дюйм2) на этапе прессования и последующий скачок до 250 фунт/дюйм2 на этапе вулканизации.

2 Капли воды на вертикальной поверхности за-литого ГЦЭС измерительного трансформатора наружной установки, который уже два года эксплуатируется в Китти-Хоке, Северная Ка-ролина (фотографию предоставила компания Dominion Virginia Power)

1) Формование (или заливка) – это процесс, при котором жидкий материал заливается в полость и отвердевает там. Отверждение – это процесс, придающий полимеру прочность

и твердость за счет образования поперечных связей между полимерными цепями. При производстве резины процесс отверждения называют вулканизацией. Он требует высокой

температуры и введения отвердителя, такого как сера.2) Трекинг. Внешние воздействия (влага, тепло, УФ излучение, пылевое изнашивание и т. д.) портят поверхность полимера, она становится смачиваемой, и на ней образуется проводя-

щая пленка из воды и растворенных электролитических примесей. Из-за этого меняется распределение электрического поля и происходит утечка тока. Электрический нагрев увели-

чивает температуру поверхности и влага испаряется. В результате на поверхности изолятора образуются сухие проводящие дорожки, между которыми происходит дуговой пробой.

1 час вулка-низации

2 часа вул-канизации

Форма открыта

52 АББ Ревю 4/2008

Требуется хороший кожух


ных осадков эта местность считается одной

из труднейших в мире по условиям эксплуатации

изоляторов

Превосходная конструкция и совер-шенная технология изготовленияУспешное создание и вывод на рынок этого OVR

дали толчок к применению той же технологичес-

кой стратегии, т. е. сочетания усовершенствован-

ных методов проектирования и лучшего из до-

ступных диэлектрических материалов, для созда-

ния нового поколения ИТНУ, предназначенных

для сильно загрязненной наружной среды,

разработку которых АББ начала в конце 2003 г.

Указанная стратегия позволяет оптимизировать

конструкцию ИТНУ за счет компьютерного мо-

делирования, без дорогостоящего изготовления

многочисленных опытных образцов.

Усовершенствованные программные средства мо-

делирования дают возможность рассчитать рас-

пределение напряженности электрического поля

внутри кожуха и на его поверхности. При этом

можно рассмотреть различные варианты рас-

пределения напряженности электрического поля

и таким образом подобрать оптимальную геомет-

рию изоляционного материала.

С помощью программных средств моделирования

можно по распределению напряженности элек-

трического поля оценивать разные конструкции

ИТНУ с разными изоляционными материалами.

Кроме того, на этих моделях можно изучать

влияние различных условий окружающей среды

на распределение напряженности электрического

поля (рис. 3).

Оптимизация конструкции должна не только

снижать излучаемое электромагнитное поле,

но и обеспечивать максимальную простоту из-

готовления и механическую прочность, которая

позволит выдерживать значительные колебания

температуры. Для оптимизации конструкции

и технологии изготовления изделий компания

АББ использует собственное ПО имитационно-

го моделирования, названное RAMZES (reactive

molding zero defects solution). Трехмерная мо-

дель трансформатора, включая изолирующий

кожух, анализируется посредством программы

RAMZES. Эта программа оптимизирует па-

раметры процесса, такие как распределение

температуры формования, температура смеси,

степень наполнения или кривая отверждения,

циклы отверждения и охлаждения (рис. 4). Она

рассчитывает механические напряжения, воз-

оборудования. Это главная причина, по которой

изоляторы высоковольтного наружного оборудо-

вания предпочитают изготавливать из силиконо-

вой резины.

В первые годы XXI века на рынке электроизоля-

ционных смол появилась усовершенствованная

версия ЦЭС, названная гидрофобной циклоали-

фатической смолой (ГЦЭС, торговое название

Hydrophobic Araldite®). Изготовитель ГЦЭС

сообщил об улучшенных по сравнению с ЦЭС

гидрофобных свойствах этого материала. ГЦЭС

сохраняет гидрофобность поверхности после

длительного воздействия агрессивной наружной

среды и при этом не уступает ЦЭС по электри-

ческим, химическим и тепловым характеристи-

кам и эрозионной стойкости. На основании этих

отчетов ГЦЭС была признана лучшим промыш-

ленным изоляционным материалом для нового

поколения вакуумных автоматов повторного

включения, предназначенных для наружной

установки (OVR).

Новый OVR, с залитыми в ГЦЭС выводами и ва-

куумными прерывателями, появился в результате

разработки усовершенствованных средств про-

ектирования и новых технологий производства

(рис. 2). Такие залитые в ГЦЭС выводы соот-

ветствуют французским пожарным стандартам

для железных дорог, т. е. их можно применять

в вакуумных выключателях, предназначенных

для железнодорожных систем энергоснабжения.

Кроме того, этот OVR был сертифицирован

южно-африканской энергетической компанией

Eskom после годовой проверки на испытательной

станции Koeberg под Кейптауном, Южная Афри-

ка. Из-за сильной УФ радиации, значительного

загрязнения воздуха примесями промышленного

и морского происхождения, а также интенсив-

3 Типичные результаты моделирования напряженности электрического поля для 36 кВ наружных трансформаторов тока и напряжения в проводящей среде. Цель моделирования – оптимизировать геометрию трансформатора так, чтобы достичь минимальной поверхностной напряженности (в данном случае ис-пользуется программа моделирования Ansoft)

a б

4 Пример использования программы RAMZES для оптимизации стадии отверждения в технологии из-готовлении 36 кВ трансформатора тока [1]

Количество смолы, отверждённой более чем

на 65 %

Отверждённая смола

~ 12 мин. ~ 16 мин. ~ 19 мин. ~ 23 мин. ~ 27 мин.




никающие в отвержденной отливке в процессе

остывания. Оптимизация параметров заливки

и отверждения позволяет минимизировать эти

напряжения.

Усовершенствованные технологии производстваДаже самый лучший материал и конструкция

не гарантируют эффективности изделий. Чтобы

обеспечить их надежность и долговечность,

необходимо тщательно воспроизводить стан-

дартные условия изготовления.

Первоначально заливку смолами выполняли

в вакуумной камере. В отличие от формования

и вулканизации бутилкаучука, которые проводят-

ся под высоким давлением, это мягкий процесс,

он позволяет обойтись минимальным армирова-

нием узла сердечника и обмоток. Но у данного

способа есть недостаток – длительное время

полного цикла. Заливка формы, отверждение

и удаление формы обычно отнимают несколько

часов.

В 80-е годы появилась технология заливки

эпоксидной смолой под давлением. Затем этот

процесс был усовершенствован, сложные методы

автоматического управления сделали его более

воспроизводимым. Современная технология

автоматического желирования под давлением

(APG) сократила время полного цикла до 90

минут и стала стандартным способом заливки

эпоксидных смол.

Главное в производстве надежных измеритель-

ных трансформаторов – правильная технология

изготовления. Совершенное оборудование

для автоматического желирования под давле-

нием (рис. 5), а также современная автомати-

ческая система смешивания и распределения

(рис. 6) – это ключевые компоненты, необхо-

димые для смешивания и обработки различных

эпоксидных компаундов. Такая комбинация поз-

воляет оптимизировать реологические свойс-

тва смеси, пропитку обмотки и последующее

отверждение. В результате получается готовый

продукт неизменно высокого качества.

Новые ИТНУ компании АББ заливаются в ГЦЭС – пре-восходный изоляционный материал, стойкий к аг-рессивной внешней среде и обладающий превос-ходными механическими свойствами.

Новшества, направленные на повыше-ние эффективностиВыпуск нового поколения ИТНУ – результат

стратегии АББ, направленной на обновление

продукции и совершенствование технологии

производства. АББ всегда испытывает долгосроч-

ную эффективность новых материалов и из-

делий наружной установки, в том числе ИТНУ,

в агрессивных условиях, например, на станции

Koeberg.

АББ выпускает на рынок новые изделия

из ГЦЭС, доказавшие свою стойкость к агрес-

сивной среде и обладающие превосходными

диэлектрическими и механическими свойс-

твами. Эти новые продукты увеличат срок

службы ИТНУ, снизят расходы на техническое

обслуживание и опасность дорогостоящих

аварий на подстанциях.

Хоан Д. Ле

ABB Power Technologies

Пайнтопс, Северная Каролина, США

hoan. d. le@us. abb. com


[1] Kasza K., Nowak T., Sekuła R. (2004). APG – process

simulation of KOR15/20 ANSI current transformer cast

of out-door cycloaliphatic epoxy. PLCRC technical report

TN 04-076.

5 Пресс для автоматического желирования под давлением (APG) на заводе АББ в Пайнтопсе, Северная Каролина

6 Оборудование для смешивания эпоксидного компаунда на заводе АББ в Пайнтопсе, Северная Каролина

54 АББ Ревю 4/2008



Требования к современным электрическим сетям значительно

отличаются от тех, что существовали раньше. Традиционные

электрические сети формировались вокруг крупных электростан-

ций. Подача электроэнергии осуществлялась вполне предска-

зуемым образом в одном направлении. Несмотря на колебания

потребления в зависимости от времени суток, работа сети под-

держивалась за счет тщательного контроля каждого её участка.

Современные электрические сети должны обеспечивать тор-

говлю электроэнергией, то есть обмен ею между соседними

энергосистемами, а также быть совместимыми с электростан-

циями, использующими альтернативные источники энергии,

производительность которых непостоянна.

Снижение прогнозируемости поведения сети привело к насто-

ятельной потребности в средствах, обеспечивающих деталь-

ный контроль и быстрое реагирование на отклонения в работе

энергосистем. Недостаточная информированность о состоянии

сетей привела к тому, что во время произошедших в 2003 г.

в Канаде, США и Европе аварийных отключений энергетические

компании не смогли быстро ликвидировать их последствия,

поскольку не обладали достаточными сведениями о масштабе

повреждений.

Экономические и социальные последствия массовых отклю-

чений электроэнергии ясно продемонстрировали, насколько

необходимы системы контроля состояния электрических

сетей. Разработанная компанией АББ система Network

Manager™ представляет собой проверенное современное ре-

шение, объединяющее системы диспетчерского управления

и сбора данных (SCADA) и управления электроснабжением

(EMS).

Под наблюдениемБитва за энергиюВладимир Брэндваджн, Магнус Йохансон, Марина Ёрн

SCADA и EMS являются главными компонента-

ми современной системы управления элек-

тросетями (рис. 1). SCADА выполняет функции

измерения, управления и обмена информацией,

а EMS занимается анализом состояния энерго-

системы. Работая совместно, SCADA и EMS обес-

печивают энергетические компании подробной

информацией о состоянии электрических сетей.

Они собирают, сохраняют и анализируют дан-

ные от сотен и тысяч датчиков в национальных

и региональных сетях, что позволяет моделиро-

вать работу ЛЭП и электростанций, локализовать

отказы, предотвращать отключения и заниматься

торговлей электроэнергией.

EMS выполняет определенные процессы в за-

данной последовательности. Пример подобного

процесса реального времени показан на рис. 2.

Самыми важными элементами данной схемы

являются модуль оценки состояния (SE) и анали-

затор последствий возможной аварии (CA).

SE предоставляет информацию о текущем

состоянии энергосистемы. На основе инфор-

мации от SCADA и текущей модели сети он

распознает возможные ошибки входных данных

(основываясь на телеметрии, сведениях о топо-

логии и погрешностях измерения параметров)

и рассчитывает оптимальную модель состояния

АББ Ревю 4/2008 55


1 Взаимодействие SCADA/EMS с электрической сетью

Электросеть

SCADA EMS

Телеметрия Управление

Рекомендатель-ная информация

2 Алгоритм работы EMS в реальном масштабе времени

Комплект данных телеметрии

Формирование выборки данных

Модуль оценки состояния

Обновление па-раметров сети

Анализ послед-ствий аварий

энергосистемы с межсистемными линиями.

Параметры, включая напряжения шин, могут

быть рассчитаны даже для мест, где отсутствуют

телеметрические датчики.

SCADA и EMS от АББ обеспечивают энергетические компании подробной информацией о состоянии электрических сетей. Они позволяют моделировать работу ЛЭП и электростанций, локализовать отказы, предотвращать отключения и заниматься торговлей электроэнергией.

SE является важнейшим компонентом EMS,

поскольку именно он предупреждает оператора

о потенциальных проблемах и предлагает способ

оптимизации работы системы. Он оценивает

текущее состояние энергосистемы для програм-

много обеспечения CA, которое рассчитывает

потенциальные риски для электрической сети.

СА подготавливает серию сценариев возмож-

ного развития событий с широким выбором

последствий (в основном связанных с выводом

оборудования из строя). Все они разбиваются

на последовательности, состоящие из отдельных

отказов, для каждого из которых предусматри-

ваются меры по устранению. Все это помогает

предотвращать серьезные сбои в работе энерго-

системы.

Раньше было достаточно выполнить ряд иссле-

дований и мероприятий по планированию, ре-

зультатом которых являлся ограниченный набор

рабочих сценариев, обеспечивающих безопас-

ность системы. Но подобный подход не отвечает

требованиям современных электрических сетей,

отличающихся непредсказуемостью потоков

электроэнергии.

Перемены в области энергетики связаны с полу-

чающей все большее распространение торговлей

электроэнергией, приводящей к изменению

направления и плотности ее движения. Кро-

ме того, на производство энергии оказывает

сильное влияние малопредсказуемое поведение

некоторых возобновляемых источников энергии,

зависящее от погоды, а также расширяющееся

распространение систем передачи постоянного

тока высокого напряжения (HVDC) и регуляторов

сдвига фазы (PAR).

Оценив влияние этих неопределенностей на на-

дежность электроснабжения, Институт исследо-

вания электроэнергетики (EPRI) несколько лет

назад объявил, что программное обеспечение СА

за 20 секунд должно обрабатывать до 10 000 вне-

штатных ситуаций на 20 000 системах шин.

За прошедшие годы компания АББ стала пионе-

ром в области разработки технологий и алгорит-

мов, производительность которых отвечает этим

высоким требованиям. Основой современного

пакета СА являются алгоритмы, построенные

на методах полного ограничения [1] и разрежен-

ного вектора [2]. Но одних этих технологий не-

достаточно для расширенного анализа последс-

твий аварий. Для выполнения подобного анализа

необходимо воспользоваться преимуществами

параллельной обработки на современных ком-

пьютерах.

Первоначально компания АББ стала просто внед-

рять полный пакет СА для параллельной обработ-

ки, не изменяя его содержание. При использова-

нии параллельной обработки на серверах с про-

цессорами Intel и AMD x86 производительность

при расчете моделей относительно больших

сетей возросла почти в три раза (рис. 3). Это

показало, что используемые в ПО СА алгоритмы

от АББ могут превосходно работать как в одно-,

так и в многопроцессорных конфигурациях.

Таким образом, заданная скорость обработки бы-

ла достигнута без изменения ПО СА. В перспек-

тиве, когда алгоритмы будут лучше адаптированы

к параллельным вычислениям и появятся более

производительные компьютеры, можно ожидать

улучшения масштабируемости системы.

Оценка состояния энергосистемыПоступающие в SE данные, в основном те-

леметрия и параметры модели электросети,

всегда характеризуются некоторой неопреде-

ленностью или неточностью. В силу этой неоп-

ределенности SE может испытывать трудности

в оценке текущего состояния энергосистемы.

Но никакие различия между расчетным и ре-

альным состоянием системы не будут играть

роли, если сам SE не отличается высокой

достоверностью [3]. Несмотря на важность

обеспечения точности работы SE, главное

внимание должно быть уделено его надеж-

ности. Во время массовых отключений в США

в 2003 г. и без того непростая ситуация еще

более ухудшилась из-за отказа SE [4]. Из этого

следует, что математические алгоритмы оцен-

ки состояния сети должны обладать высокой

надежностью, а их программирование должно

быть более эффективным.

Компания АББ стала пионером в области разработки алгоритмов и технологий сверхскоростной обработки многочисленных внештатных ситуаций.

Для достижения надежной оценки состояния се-

ти следует собирать исходные сведения с часто-

той, достаточной для того, чтобы отследить из-

менения в её работе. Надежность работы SE за-

висит не только от его программного обеспече-

ния и телеметрической информации от SCADA,

но и от обеспечивающих программных средств,

таких как корректор сетевых параметров (NPU),

который составляет матрицы параметров, не-

обходимые для генерации данных, например,

матрицу параметров генераторов или нагрузки.

Выходные данные SE поступают на вход NPU,

и наоборот, NPU обеспечивает SE данными

об участках сети, не снабженных телеметри-

ческими датчиками. Естественно, что было бы

неразумным рассматривать все перечисленные

56 АББ Ревю 4/2008

Под наблюдением


4. Базовый состав системы должен обеспечивать

поддержание безопасного состояния и анализ

возможных аварий электросетей в реальном

масштабе времени.

Для удовлетворения требований заказчика АББ

существенно усовершенствовала свою EMS. Улуч-

шения коснулись надежности и качества работы

SE, а также быстродействия и точности работы СА

и другого программного обеспечения.

В ходе реализации проекта компания АББ

тесно взаимодействовала с заказчиком

с целью определения совместных действий,

направленных на получение наиболее эффек-

тивных решений. Для достижения максималь-

ной надежности контроля энергосистемы

от IESO потребовалось повысить качество

получаемых от нее данных, а от АББ – усо-

вершенствовать программное обеспечение

(рис. 4).

функции по отдельности, поскольку они образу-

ют единую взаимосвязанную систему.

Надежность системы складывается из надеж-

ности составляющих ее компонентов, включая

выполненные по заказу интерфейсы пользова-

теля. Только высоконадежная система сможет

качественно контролировать состояние сети

электропередач и обеспечивать операторов

данными, необходимыми для своевременной

ликвидации отказов.

Отвечая на запросы заказчиковНесколько лет назад компания АББ получила

крупный заказ на полнофункциональную

систему SCADA/EMS и систему контроля ры-

ночных операций от Независимой электро-

сетевой компании (IESO) из Онтарио, Канада

(см. вставку 1).

IESO предъявила очень высокие требования

к надежности SE, который должен был не только

поддерживать работу EMS, но и обеспечивать

выполнение рыночных операций, включая фи-

нансовые сделки [5]. Кроме того, очень высокие

требования были предъявлены и к программному

обеспечению СА, которое должно было рассчи-

тывать 3000 вероятностных сценариев в минуту

на компьютерах, поставленных в 1999 г.

Основными требованиями IESO к SE были следу-

ющие:

1. Системы SCADA/EMS должны обеспечивать

точный контроль и управление генерацией

и обменом электроэнергией.

2. Данные о состоянии всей энергосистемы

должны обновляться каждые 5 минут.

3. Некорректные результаты расчетов SE должны

быть распознаны до их передачи в рабочие

приложения – это главное условие обеспече-

ния безопасности энергосистемы.

3 Эффективность параллельной обработки данных

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

Количество процессоров

1 2 3 4

Масштабируемость приложения

4 Последние данные о надежности SE (предоставлены IESO)

Данные за 12 месяцев

Июнь 2007 г. – май 2008 г.

Ежемесячные показатели

Среднее значение

100.0

99.8

99.6

99.4

99.2

99.0

98.8

98.6

98.4

98.2

98

Нор

мир

ован

ное

врем

я вы

полн

ения

Коэф

фиц

иент

гото

внос

ти, %

Вставка 1. Характеристики электрической сети IESO

Внутренние зоны и соединения, а также межсистемные линии IESO

Северо-за-падная зона

Западная зона

Зона Ниагара

Северо-вос-точная зона

Зона Essa Зона Оттава

Восточная зона

Межсистемная ли-ния Манитоба (под управлением PAR)

Межсистемная линия Миннесота (под управлением PAR)

Межсистемная линия Мичиган (под управлением PAR)

Межсистемная ли-ния Нью-Йорк (без регулирования)

Межсистемная линия Нью-Йорк (под уп-равлением PAR)

Межсистемная линия Квебек (радиальная)



Межсистемная линия Квебек (HVDC)

EWTE

TEC

EWTW

Зона Торонто

Зона Bruce

FETT

Юго-западная зона

Модель электросетей IESO включает приблизительно 4000 шин с пиковой нагрузкой около

25 000 МВт. Система электропередачи IESO разделена на 10 зон, отличающихся по уровню ос-

нащенности телеметрическими датчиками, а также нагрузками, числом работающих генераторов

и линий межсистемной связи. В модель входят внешние соединения, использующие PAR для управ-

ления межсистемными линиями и предотвращения их перегрева.





[1] Brandwajn, V., Lauby, M. G. (1989). Complete bounding

method for AC contingency screening. IEEE Trans. Power

Syst., 4(2), 724-729.

[2] Tinney, W. F., Brandwajn, V., Chan, S. M. (1985). Sparse

vector methods. IEEE Trans. Power App. Syst., PAS –

104(2), 295-301.

[3] Wollenberg, B. (2004). Power system state estimators:

Designed for reliability or accuracy? 8th International con-

ference on probabilistic methods applied to power systems.

[4] http://www. iwar. org. uk/cip/resources/blackout-03/ index.

htm (April 2004). Chapter 4 of Final report on the August

14, 2003 blackout in the United States and Canada:

Causes and recommendations. US-Canada power system

outage task force.

[5] Danai, B., Kim, J., Cohen, A. I., Brandwajn, V., Chang,

S. K. (2001). Scheduling energy and ancillary service in the

new Ontario electricity market. Proc. Institute of Electrical

and Electronics Engineers Power Industry Computer Ap-

plication Conference.

[6] Brandwajn, V., Jiang, X., Liu, G., Johansson, M. L.,

Fahmy, G. G. (2006). State Estimation for Ontario Market

System. IEEE PES General Meeting

[7] http://www. oe. energy. gov/DocumentsandMedia/

Distribution_State_Estimation_Meliopoulos. pdf (June,

2008) Distributed state estimation. Georgia Institute of

Technology.

[8] Lefebvre, S., Prévost, J., Crainic, E., St-Arnaud, R.,

Horisberger, H., Lambert, B. (2006). Practical experience

with state estimation. RTE Workshop on robust state esti-

mation and load forecasting.

Одновременная работа многих SE обеспечивает

очень высокую точность результатов, необходи-

мую для поддержки СА и рыночных приложений.

Она достигается с помощью системы управления

производством (BMS) и системы экономического

управления и обеспечения безопасности электро-

сети (SCED). SCED находит самые недорогие спо-

собы удовлетворения энергетических потребнос-

тей региона и обеспечивает общую безопасность

электрических сетей. Взаимодействие между EMS

и BMS (рыночными приложениями) схемати-

чески показано на рис. 5. SCADA/EMS отправляет

данные о текущем состоянии энергосистемы

в рыночные приложения BMS, которые выполня-

ют экономические расчеты, основанные на пяти-

минутном прогнозе, а затем отправляют данные

по управлению генераторами в SCADA/EMS.

SCED находит самые недорогие способы удовлетворения энергетических потребностей региона и обеспечивает общую безопасность электрических сетей.

После введения усовершенствованной системы

контроля от АББ, построенной на улучшенной

EMS, операторы электросетей из Онтарио увере-

ны в том, что сделали очень многое для предо-

твращения аварий энергосистемы.

Владимир Брэндваджн

ABB Network Management

Санта Клара, Калифорния, США

vladimir. brandwajn@us. abb. com

Магнус Йохансон



magnus. l. johansson@se. abb. com

Марина Ёрн


Мангейм, Германия

marina. ohrn@de. abb. com

Компания АББ использовала свой опыт в области

исследований и разработки сетевых решений,

а также результаты совместного с IESO анализа

для определения источников погрешностей

и причин расхождения данных. Достигнутое не-

давно повышение надежности SE теперь успешно

сочетается с усовершенствованием программного

обеспечения NPU и SE [6].

Программное обеспечение СА от АББ универсально и поддерживает как одно-, так и многопроцессорные конфигурации.

Следует особо отметить, что надежность SE

в системе IESO значительно выше, чем в других

системах (см. вставку 2). Работая в режиме ре-

ального времени, SE выполняет анализ каждую

минуту (рис. 2). Вследствие этого, понижение

его коэффициента готовности с 99,8 до 99,7 %

будет происходить в течение 40 месяцев.

В соответствии с источником [7], «средний

коэффициент готовности оборудования

согласно оценке состояния, используемой

в промышленности США, составляет 95 %.»

В источнике [8] приведены точные сведения

для североамериканских электросетей:

■ 93,2 % в 2001 г.

■ 97,3 % в 2005 г.

Независимая электросетевая компания

Среднего Запада (MISO) требует, чтобы

коэффициент готовности SE составлял 97 %.

Аналогичное требование предъявляет и Те-

хасский совет по надежности электроснабже-

ния (ERCOT).

Вставка 2. Требования к надежности SE

SCADA/EMS

Рыночные приложения

Основные объекты AGC

Решения SE

5 Взаимодействие SCADA/EMS и BMS (AGC – автоматическое управление генераци-ей энергии)

58 АББ Ревю 4/2008


HVDCАББ – от пионера до мирового лидераГуннар Асплунд, Леннарт Карлссон


В 1954 году, когда Европа активно расши-

ряла инфраструктуру электроснабжения,

чтобы покрывать растущий спрос, на бе-

регах Балтийского моря зарождалось то,

что в последствии должно было оказать

долгосрочное влияние на передачу

электроэнергии на большие расстояния.

Четырьмя годами ранее Национальная

администрация энергетики Швеции раз-

местила заказ на первую в мире коммер-

ческую линию передачи постоянного тока

высокого напряжения (HVDC), необхо-

димую, чтобы соединить остров Готланд

со Скандинавским полуостровом. В 1954

линию ввели в эксплуатацию.

Сегодня АББ с гордостью смотрит на свой

значительный вклад в технологию HVDC.

С момента прокладки глубоководного

кабеля (100 кВ, 20 МВт) протяженностью

90 км наша компания постоянно разви-

валась и стала неоспоримым мировым

лидером в области передачи постоянного

тока. Свыше половины установленных ли-

ний HVDC общей мощностью 110 000 МВт

во всем мире выполнены АББ.


В конце XIX века в домах Евро-

пы и США появилась электри-

ческая лампочка. Спрос на элек-

тричество стремительно рос,

и вскоре инженеры и предприни-

матели озадачились поиском эко-

номичных способов производства

и передачи электричества. Наибо-

лее дешевый и удобный источник

электричества был найден: гид-

роэлектроэнергия. Но в то время

передача энергии на считанные

километры была уже фантастичес-

ким достижением. Поэтому сразу

возникла проблема передачи этого

«дешевого» электричества на даль-

ние расстояния.

Сначала постоянный, затем переменный токПервые электростанции Европы и США выраба-

тывали постоянный ток низкого напряжения

(DC), но используемые при этом системы

передачи электроэнергии оказались малоэф-

фективными: большая часть генерируемой

энергии терялась в проводах. Переменный ток

(AC) оказался более практичным, поскольку

его можно легко преобразовывать в высокое

напряжение и передавать со значительно мень-

шими потерями. Таким образом, для передачи

электроэнергии на дальние расстояния было

решено использовать переменный ток высокого

напряжения (HVAC).

Когда передача постоянного тока высокого напряжения стала технически реализуемой, один вопрос еще долго оставался нерешенным: сможет ли HVDC составить достойную конкуренцию HVAC.

В 1893 году произошел новый прорыв: появилась

трехфазная система передачи электроэнергии,

которая позволила обеспечить ровный, непуль-

сирующий поток энергии.

Несмотря на то что на первый взгляд постоян-

ный ток в эффективной системе электропере-

дачи оказался неприменимым, инженеры все же

не отказывались от идеи его использования.

По-прежнему предпринимались попытки пост-

роить высоковольтную линию электропередачи

с последовательно соединенными генераторами

постоянного тока и последовательно соеди-

ненными электродвигателями постоянного

тока на приемном конце, причем все двигатели

на едином валу. Сеть заработала, но оказалась

экономически неэффективной.

Переменный ток доминируетСети переменного тока расширялись, а элек-

троэнергия вырабатывалась далеко от места

нахождения потребителей. Строились длинные

воздушные линии электропередачи, возрастало

номинальное напряжение, с которым могли

работать эти линии. Для пересечения водных

преград был создан глубоководный кабель.

Ни одно из этих средств передачи не оказалось

идеальным. Проблемы вызывала реактивная мощ-

ность, обусловленная паразитной емкостью и ин-

дуктивностью в системе. В результате разработ-

чики систем энергоснабжения снова обратились

к возможности использования постоянного тока.

Возврат к постоянному токуРаньше передача постоянного тока высокого

напряжения не находила применения главным

образом из-за отсутствия надежных и экономич-

ных вентилей, необходимых для преобразования

переменного тока в постоянный и наоборот.

С появлением ртутного вентиля обозначилась

долгосрочная линия перспективы развития.

С тех пор как в конце 20-х гг. шведская компания

ASEA – учредитель компании АББ – наладила

производство статических преобразователей

и ртутных вентилей для работы с напряжением

до 1000 В, велись постоянные разработки по со-

зданию вентилей для работы с еще более высоким

напряжением.

Потребовалось изучение новых областей, в кото-

рых прежний опыт не мог оказать существенной

поддержки. В течение нескольких

лет вопрос о том, возможно ли раз-

решить все имеющиеся проблемы,

оставался спорным. Когда передача

постоянного тока высокого напря-

жения стала технически реализуе-

мой, оставался только один вопрос:

сможет ли HVDC составить достой-

ную конкуренцию HVAC?

Проектирование вращающейся

электрической машины или транс-

форматора требует высокой точ-

ности, базирующейся на математи-

чески сформулированных законах

физики, в то время как разработка

ртутного вентиля зависит в боль-

шей степени от знаний, получен-

ных опытным путем. В результате,

попытки поднять напряжение

в парортутной лампе за счет увеличения зазора

между анодом и катодом неизменно оканчива-

лись провалом.

Проблему решили в 1929 году, поместив между

анодом и катодом электрод для выравнивания

напряжения. Впоследствии открытие было за-

патентовано и стало своего рода краеугольным

камнем всех дальнейших разработок высоковоль-

тного ртутного вентиля. Именно тогда д-р Уно

Ламм, который возглавлял разработки, прослыл

«отцом систем HVDC».

Связь с ГотландомПришло время эксплуатационных испытаний

еще более мощных систем HVDC. В 1945 г. сов-

местно с Национальной администрацией энер-

гетики Швеции была запущена испытательная

установка в Трольхеттане, где находилась круп-

нейшая электростанция, способная предоставить

электроэнергию. В распоряжении испытателей

была линия электропередачи протяженностью

50 км.

Спустя несколько лет, в 1950 г., Национальная

администрация энергетики Швеции разместила

заказ на оборудование для первой в мире линии

передачи постоянного тока высокого напряже-

ния. Новая линия должна была соединить остров

Готланд, расположенный в Балтийском море,

со Скандинавским полуостровом.

После выполнения этого заказа компания уси-

лила работы в области разработки ртутного

вентиля и высоковольтного кабеля для линий

постоянного тока и занялась проектиро-

ванием других компонентов преобразова-

тельных подстанций: усовершенствованию

подверглись трансформаторы, реакторы,

коммутационные аппараты, приборы защиты

и управления.

Аналоговое моделирующее устройство, которое использовалось при разра-ботке первых систем передачи постоянного тока высокого напряжения

Всегда в первых рядахВсегда в первых рядах

60 АББ Ревю 4/2008

HVDC


до 1600 МВт с напряжением ±400 кВ, ее се-

верный терминал находится в Далласе, штат

Орегон, а южный – в верхней части лос-анд-

желесского бассейна. Проект был осуществлен

совместно с компанией «Дженерал Электрик»

и стартовал в 1970 г.

Итого, компанией установлено восемь высоко-

вольтных систем постоянного тока на основе

ртутных вентилей с общей номинальной мощ-

ностью 3400 МВт. И хотя после появления тирис-

торных вентилей некоторые из этих систем были

заменены или модернизированы, остальные,

спустя 40 лет с момента их пуска, по-прежнему

находятся в эксплуатации!

Тщательная проработка конструкции ртутного вентиля является гарантией высокого уровня надежности – некоторые преобразователи на этих вентилях продолжают работать спустя более 40 лет после ввода в эксплуатацию.

Всю первую половину 60-х гг. огромный интерес

к полупроводниковой технике стимулировал

продолжение работ по разработке высоко-

вольтных тиристорных вентилей для замены

ртутных. Весной 1967 г. один из ртутных венти-

лей на готландской линии HVDC был заменен

тиристорным вентилем. Это стало первым

в мире промышленным применением этого типа

вентиля для высоковольтной линии постоянно-

го тока. После года испытаний Национальная

администрация энергетики Швеции заказала

целую группу тиристорных вентилей для каждой

преобразовательной подстанции, пропускная

способность линии при этом увеличивалась

на 50 %.

Примерно в то же время проводились испытания

на готландском глубоководном кабеле, который

надежно работал при напряжении 100 кВ. Целью

испытаний была проверка возможности переда-

чи по подводному кабелю, рассчитанному на на-

пряжение 100 кВ, большей мощности за счет

увеличения напряжения до 150 кВ. Испытания

показали, что это возможно, и впоследствии ка-

бель эксплуатировался при напряженности поля

в изоляции 28 кВ/мм, что до сих пор является

мировым эталоном для крупных кабельных ли-

ний электропередачи постоянного тока.

Новые группы вентилей были подключены пос-

ледовательно с двумя имеющимися группами

ртутных вентилей, таким образом, рабочее на-

пряжение линии увеличилось со 100 до 150 кВ.

Эта система более высокой мощности была вве-

дена в эксплуатацию весной 1970 г., она стала

еще одним «мировым рекордом» готландской

ЛЭП.

Появление тиристорных вентилей дало воз-

можность упростить преобразовательные

подстанции, и с тех пор полупроводники ис-

пользовались во всех линиях электропередачи

HVDC. Другие компании также начали работать

в этой области. В середине 70-х гг. компания

Brown Boveri (BBC) – которая впоследствии

слилась с ASEA и образовала АББ – объединила

усилия с Siemens и AEG для строительства вы-

соковольтной ЛЭП постоянного тока Кахора

Басса мощностью 1920 МВт между Мозамбиком

В новой системе HVDC можно было использо-

вать лишь некоторые технологии системы пе-

ременного тока, поэтому потребовалось создать

абсолютно новую технологию. Специалисты

из г. Людвика под руководством д-ра Эрика Уль-

мана и д-ра Харри Форселла приступили к раз-

решению множества имеющихся сложных задач.

Впоследствии была разработана концепция

Готландской системы. Эта концепция оказалась

настолько удачной, что остается практически

неизменной и по сей день!

Готланд – остров, и поэтому межсистемную связь

энергосети пришлось прокладывать под водой,

для чего потребовался глубоководный кабель,

способный передавать постоянный ток. Хоро-

шим подспорьем для дальнейших разработок

стал «классический» кабель с пропитанной

бумажной изоляцией, применяемый с 1895 г.

для передачи переменного тока напряжением

10 кВ. Вскоре был создан кабель постоянного

тока на напряжение 100 кВ!

Наконец, в 1954 г., через четыре года прогрес-

сивных разработок, была введена в эксплуата-

цию готландская линия передачи постоянного

тока высокого напряжения (20 МВт, 200 А

и 100 кВ). Началась новая эра передачи элект-

роэнергии.

Готландская линия успешно проработала 28

лет и в 1986 г. была выведена из эксплуатации.

Чтобы соединить остров Готланд со Скандинав-

ским полуостровом были построены две новые

более мощные линии: одна в 1983 г., другая

в 1987 г.

Первые HVDC проектыВ начале 50-х гг. департаменты энергетики Ве-

ликобритании и Франции решили построить

линию электропередачи через Ла-Манш. Выбор

пал на высоковольтную линию постоянного

тока и наша компания получила второй заказ

на HVDC, на этот раз мощностью 160 МВт.

Успех первых проектов привлек внимание

мирового сообщества. В результате в 60-х гг. пос-

троены несколько линий передачи постоянного

тока высокого напряжения: Конти-Скан между

Швецией и Данией, Сакума в Японии (с преоб-

разователями частоты 50/60 Гц), еще одна линия

соединила Южный и Северный острова Новой

Зеландии, другая – Италию с Сардинией и еще

одна – Канаду с островом Ванкувер.

Самую большую линию передачи постоянного

тока с преобразователями на ртутных вентилях

компания установила между энергосистемами

севера и юга Тихоокеанского побережья США

[1]. Первоначально линия была рассчитана

на мощность 1440 МВт, позже ее подняли

Один из первых высоковольтных ртутных венти-лей для линий HVDC

Ртутные вентили первой готландской линии, 1954 г.


HVDC

и ЮАР. Тот же консорциум затем построил ли-

нию «Нельсон-ривер 2» мощностью 2000 МВт

в Канаде. В этом проекте впервые были задейс-

твованы высоковольтные вентили с водяным

охлаждением.

В конце 70-х гг. было построено еще несколько

объектов. Среди них – линии Скагеррак между

Норвегией и Данией, Инга-Шаба в Конго и проект

CU в США.

В 80-х гг. дважды расширялась Тихоокеанская ли-

ния электропередачи между северной и южной

энергосистемами США, оба раза использовались

тиристорные преобразователи для увеличения

мощности линии до 3100 МВт при напряжении

±500 кВ. В 2004 г. для увеличения пропускной

способности терминал Сильмар был оснащен

тиристорными преобразователями.

Итайпу – новые рубежиВ 1979 г. консорциум ASEA-PROMON получил

подряд на строительство линии электропередачи

постоянного тока высокого напряжения Итайпу

в Бразилии мощностью 6300 МВт, которая стала

крупнейшей высоковольтной линией постоян-

ного тока XX века. Строительство и сдача в экс-

плуатацию осуществлялась поэтапно в период

с 1984 по 1987 г. Эта линия играет ключевую роль

в бразильской энергетической системе, пос-

тавляя большую часть электроэнергии в город

Сан-Паулу.

Масштаб и сложность проекта Итайпу поставили

серьезные задачи, и он может рассматриваться

как начало современной эры систем постоянно-

го тока высокого напряжения. Опыт, полученный

во время выполнения этого проекта, в немалой

степени помог компании АББ впоследствии

получить многие заказы на строительство линий

электропередачи HVDC.

Самым сложным проектом в конце 80-х – начале

90-х гг., несомненно, стала высоковольтная линия

Квебек – Новая Англия мощностью 2000 МВт.

Она стала первой в мире системой электропе-

редачи постоянного тока с промежуточными

присоединениями.

Высоковольтные кабелиПо мере роста мощности преобразовательных

подстанций увеличивалась мощность и напря-

жение, на которые должны быть рассчитаны

кабели HVDC.

Масштаб и сложность проекта Итайпу поставили серьезные задачи, и он может рассматриваться как начало современной эры систем постоянного тока высокого напряжения.

На сегодняшний день самые мощные глубоко-

водные кабели могут передавать 700 –800 МВт

при напряжении 450 –500 В. Самый длинный

из них проложен в 2008 г. между Норвегией

и Нидерландами (кабель линии NorNed длиной

580 км).

Системы HVDC сегодняБольшинство строящихся в настоящее время

высоковольтных преобразовательных под-

станций постоянного тока основаны на тех же

принципах, которые принесли успех первой

готландской линии еще в 1954 г. Первое серь-

езное изменение в конструкцию станций было

внесено в начале 70-х гг. с внедрением тирис-

торных вентилей. Первые из них имели воз-

душное охлаждение и предназначались для ис-

пользования в помещениях. Но вскоре стали

применяться вентили с масляным охлаждением

и изоляцией, рассчитанные на эксплуатацию

вне помещения. Выпускаемые в настоящее

время высоковольтные вентили имеют водяное

охлаждение [2].

Хорошим примером ЛЭП постоянного тока вы-

сокого напряжения являются линии повышенной

пропускной способности, которыми компания

АББ оснастила гидроэлектростанции «Три уще-

лья» в Китае.

В 1995 г. компания АББ представила новое

поколение преобразовательных подстанций

постоянного тока высокого напряжения: HVDC

2000 [3]. Система «HVDC 2000» была разработа-

на для обеспечения более жестких требований

к стабильности электрических параметров,

улучшения динамической устойчивости в ре-

жиме короткого замыкания, для преодоления

пространственных ограничений, а также для со-

кращения сроков доставки.

Ключевой особенностью «HVDC 2000» являлось

внедрение преобразователей с емкостной ком-

мутацией (CCC). Это было, фактически, первым

коренным изменением, внесенным в основную

технологию HVDC с 1954 года!

В «HVDC 2000» также вошли другие инновации

компании АББ, такие как плавно регулируемые

фильтры переменного тока (ConTune), активные

фильтры постоянного тока, высоковольтные

вентили наружного исполнения с воздушной

изоляцией, а также полностью цифровая систе-

ма управления MACH2™.

Первым проектом, в котором была задейство-

вана система «HVDC 2000» с CCC и вентилями

наружного исполнения, стала компенсационная

станция Караби мощностью 2200 МВт в межсис-

темной линии электропередачи постоянного

тока Бразилия – Аргентина. В 2008 г. преоб-

разовательная подстанция Apollo (Северная

Африка) в высоковольтной ЛЭП постоянного

тока Кахора Басса была оснащена новыми вен-

Преобразовательная подстанция Фоз-до-Игуацу. На заднем плане – элект-ростанция Итайпу мощностью 12 600 МВт

Преобразовательная подстанция HVDC проекта «Балтийский кабель»


62 АББ Ревю 4/2008

HVDC


последовательное подключение большого коли-

чества IGBT, что не было необходимо для про-

мышленных приводов.

В 1994 г. компания АББ сконцентрировала свои

силы на разработке преобразователей VSC

для проекта, целью которого было введение

в эксплуатацию двух конверторов на основе

IGBT для небольшой линии HVDC. Для проекта

была выделена расположенная в центральной

Швеции линия электропередачи переменного

тока длиной 10 км.

В конце 1996 г. после проведения всесторонних

испытаний на синтетической модели, оборудо-

вание было смонтировано для эксплуатацион-

ных испытаний. В 1997 г. первая в мире система

электропередачи постоянного тока высокого

напряжения с инверторным преобразователем

напряжения, HVDC Light® [4], начала передавать

энергию между шведскими городами Хеллсьон

и Грангесберг.

В тоже время были размещены заказы на один-

надцать подобных систем, и восемь из них

уже находятся в промышленной эксплуатации

по всему миру.

тилями наружного исполнения с воздушным

охлаждением.

UHVDCНа сегодняшний день большинство крупнейших

систем HVDC мощностью 2000 МВт или выше

имеют рабочее напряжение от ±500 до ±600 кВ.

Но этот уровень напряжения недостаточен

для передачи энергии от новых гигантских

гидроэлектростанций Китая и Индии на рассто-

яние около 2000 км. В данных системах мощ-

ностью от 5000 до 8000 МВт передача энергии

осуществляется через одноцепную биполярную

линию. Система передачи постоянного тока

сверхвысокого напряжения (±800 кВ) является

оптимальным выбором с точки зрения инвес-

тиций, потерь и технических ограничений.

Использование этой технологии потребовало

существенного усовершенствования оборудова-

ния преобразовательных подстанций. Компания

АББ разработала оборудование для работы

с постоянным током сверхвысокого напряжения

и провела соответствующие продолжительные

испытания. АББ является поставщиком оборудо-

вания для строительства в Китае ЛЭП постоян-

ного тока сверхвысокого напряжения, которая

по длине будет превосходить все существующие

линии: ЛЭП UHVDC напряжением ±800 кВ

от электростанции «Xiangjiaba» до Шанхая

номинальной мощностью 6400 МВт. Эта линия

длиной 2071 км будет введена в эксплуатацию

в 2010 –2011 гг.

HVDC Light®

За прошедшие 50 лет была отработана техноло-

гия HVDC, которая стала надежным способом пе-

редачи электроэнергии на большие расстояния

с очень низкими потерями. В связи с этим возни-

кает вопрос: в каком направлении будут вестись

разработки в будущем?

На сегодняшний день самые мощные глубоководные кабели могут передавать 700 –800 МВт при напряжении 450 –500 В.

Стало очевидным, что развитие систем посто-

янного тока высокого напряжения вновь может

воспользоваться достижениями в области про-

мышленных приводов. Здесь тиристоры уже дав-

но заменены инверторными преобразователями

напряжения (VSC) с такими полупроводнико-

выми приборами, отключением которых можно

управлять точно также, как и включением. Это

принесло массу преимуществ при создании

систем промышленных приводов и стало ясно,

что они могут применяться и в системах элек-

тропередачи. Однако внедрение инверторных

преобразователей напряжения в области систем

HVDC – это непростая задача. Нужно изменить

всю технологию, а не только вентили.

По мере разработки преобразователей VSC

в компании АББ поняли, что биполярный тран-

зистор с изолированным затвором, или IGBT,

является наиболее перспективным по сравнению

с другими полупроводниковыми приборами.

Прежде всего, для управления IGBT требуется

очень малая мощность, что дает возможность

последовательного подключения IGBT. Однако

для работы с высоким напряжением требуется

Глубоководный кабель для линии электропереда-чи HVDC проекта «Балтийский кабель» мощнос-тью 600 МВт между Германией и Швецией

Наземный кабель HVDC Light

Прокладка кабеля готландской линии постоянного тока высокого напряжения, 1954 г.


HVDC

Одним из преимуществ системы HVDC Light

является то, что она позволяет достичь высокой

устойчивости и улучшить компенсацию реак-

тивной мощности на каждом конце сети. Кроме

того, она обладает очень низким значением

мощности короткого замыкания и даже допуска-

ет возможность «черного» пуска.

В 1997 г. первая в мире система электропередачи постоянного тока высокого напряжения с инверторным преобразователем напряжения, HVDC Light, начала передавать энергию между шведскими городами Хеллсьон и Грангесберг.

Система HVDC Light проектировалась для под-

земных или подводных ЛЭП, для чего был

разработан специальный кабель. Изоляция

кабеля системы HVDC Light изготавливается

из полимерного материала и поэтому обладает

повышенной прочностью и надежностью.

Это позволяет применять кабели там, где не-

благоприятные условия прокладки могли бы

вызвать повреждения обычного кабеля. Кроме

того, кабели из экструдированного материала

сделали экономически жизнеспособными на-

земные сверхдальние ЛЭП постоянного тока.

Примером может служить 180-километровая

межсистемная линия HVDC Light «Мюррейлинк»

в Австралии.

Благодаря малой массе и компактности, преоб-

разователи и кабели HVDC Light используются

в линии NordE. ON 1 между морскими ветро-

выми электростанциями и Германией, а также

в линиях, питающих от энергосистемы Норве-

гии нефте- и газодобывающие платформы Troll

и Valhall [4].

Межсистемная линия Каприви в Намибии явля-

ется первой воздушной ЛЭП постоянного тока,

использующей технологию HVDC Light. Данная

линия в настоящий момент находится на стадии

строительства и будет введена в эксплуатацию

в 2009 г. Использование технологии HVDC Light

в таких системах существенно расширяет сферу

ее возможного применения.

Еще 50 лет?Системы электропередачи постоянного тока вы-

сокого напряжения прошли долгий путь с момен-

та появления первой линии на острове Готланд.

Но каково их будущее?

Линия Каприви в Намибии является первой воздушной ЛЭП постоянного тока, использующей технологию HVDC Light.

Технология UHVDC уже используется, ЛЭП напря-

жением ±800 кВ и мощностью более 6000 МВт уже

строятся. Напряжение данного уровня в основном

используется для передачи большого количества

электроэнергии от удаленных ГЭС. Использование

более высоких напряжений возможно, но это тре-

бует громадных проектно-конструкторских работ.


Авторы предполагают, что технология HVDC Light

на основе тиристоров станет доминирующей

на рынках, исключая системы очень большой

мощности. Недостатки, связанные с повышенны-

ми потерями в преобразовательных подстанциях,

использующих технологию VSC при передаче

постоянного тока высокого напряжения, вероят-

но, через несколько лет будут устранены. Исполь-

зование технологии HVDC Light в воздушных ЛЭП

позволяет уже сегодня выходить за ограничения,

накладываемые кабелями для передачи постоян-

ного тока.

Однако одной из самых интересных перспектив

развития системы HVDC Light является ее потен-

циал при построении линий с промежуточными

присоединениями или даже электросетей пос-

тоянного тока. В долгосрочном плане она может

стать реальной альтернативой сетям передачи

переменного тока на большие расстояния. Дан-

ную технологию особенно интересно было бы

применить в энергетических системах, первона-

чально предназначенных для резервных целей

и в которых поэтому используется напряжение,

уровень которого недостаточен для передачи пе-

ременного тока на большие расстояния.

Подробная информация приведена по адресу:

www. abb. com/hvdc

Часть настоящей статьи опубликована в АББ Ревю

4/2003.

Гуннар Асплунд

Леннарт Калссон

ABB Power Technologies

Людвика, Швеция

gunnar. asplund@se. abb. com

lennart. k. carlsson@se. abb. com


[1] Engström, L. More power with HVDC to Los – Angeles.

АББ Ревю 1/88, 3–10.

[2] Б. Шенг, Х. О. Бьярме. Подтверждение рабочих

характеристик. Синтетическая испытательная схема

для проверки расчетных характеристик тиристорных

вентилей. АББ Ревю 3/2003, 25–29.

[3] Aernlöv, B. HVDC 2000 – a new generation of high-volt-

age DC converter stations. АББ Ревю 3/1996, 10 –17.

[4] Asplund, G. et al. HVDC Light – DC transmission based

on voltage sourced converters. АББ Ревю 1/1998, 4–9.

[5] Т. Нестли и др. Снабжение электроэнергией газодо-

бывающей платформы Troll по новой технологии. АББ

Ревю 2/2003, 15–19.

Лаборатория STRI в г. Людвика, Швеция, оснащена испытательным стендом постоянного тока сверхвы-сокого напряжения 800 кВ

64 АББ Ревю 4/2008

HVDC

Указатель статей за 2008 год

АББ Ревю 1/2008По ту сторону розетки

ВключаемсяЧто находится за электрической розеткой? 6

ЭлектроэнергияЗадачи следующих десятилетий 8

Интеллектуальное управление расходом энергииКак системы с интерфейсом KNX управляют оборудованием зданий 14

Дело времениАктивное устройство защиты, быстро реагирующее на образование внутреннего дугового разряда, повышает безопасность оператора и коэффициент готовности оборудования 18

Пережить замыканиеУстойчивость силовых трансформаторов к короткому замыканию 24

Контроль состояния трансформаторовМониторинг состояния становится стратегической задачей электрических компаний 29

Эволюция подстанцийУстройство подстанций прошлого века и современные подстанции 34

Пульс мощностиУ АББ всегда найдется решение для управления сетью 39

Сеть обретает разумИнтеллектуальные средства автоматизации для распределительных сетей 44

Передавать или перевозить?Следует ли транспортировать первичные энергоносители или передавать энергию в виде электричества? 48

Энергоснабжение платформПодсоединение нефтедобывающих и газодобывающих платформ к береговым электрическим сетям 52

Стратегия эффективного пускаОптимизация пусковых процессов котлоагрегатов электростанций компании E. ON 57

До последней каплиКак беспроводная связь продлевает срок разработки нефтяных и газовых месторождений 63

«Победительница»Эта автономная генераторная баржа нашла свое призвание на Каспии 67

Вход строго воспрещенКонтроль за ИТ-безопасностью на предприятии 71

Безопасное будущееКомплекс услуг дистанционного контроля и управления, предлагаемый компанией АББ, меняет подход к управлению системами автоматиза-ции производственных процессов 76

125 лет работыКомпания АББ начала выпускать электрические машины на заре своей истории 81

АББ Ревю 2/2008Сделать мир лучше

Технологии на пути к совершенствуЭлектроэнергия – выбор в пользу комфорта 6

Дополнительный комфортИнтеллектуальные электроустановочные системы делают жизнь проще и безопаснее, а также повышают эффективность использования энергии 10

Невидимая безопасностьЭлектроустановки зданий 15

Вдохнуть новую жизньТехнология подачи воды помогает решить важнейшую проблему снижения запасов пресной воды на Земле 19

На службе стальных магистралейЭлектрооборудование от АББ делает поезда более комфортабельными 25

Подъем!Производитель лифтов достигает новых высот с высокоэффективным машинным приводом компании АББ 30

Ловкий и изящныйИнтеллектуальные подъемные краны делают жизнь комфортабельной для всех и каждого 34

Следим за погодойЧем достовернее прогноз погоды, тем безопаснее и комфортнее наша жизнь 39

Подвинем все!Приводы АББ открывают и закрывают гигантские панели крыши стадиона, а пускатели АББ передвигают игровое поле 43

Звук тишиныРазработка трансформаторов с пониженным уровнем шума 47

Легкие, безопасные, эффективныеКабельные системы HVDC Light® – будущее передачи электроэнергии 52

История успехаВклад АББ в промышленную робототехнику 56


Указатель статей за 2008 год

АББ Ревю 3/2008Силовая электроника

Дело в полупроводникахЗавод АББ по производству силовых полупроводниковых приборов в Ленцбурге играет важную роль в современной энергетике 6

Корпус с улучшенными характеристикамиРазработка корпуса модуля IGBT для повышения качества и надежности 9

Маленькая точка может изменить мирСиловые технологии для IGCT 15

Переключение на лучшие характеристикиЭволюция технологии IGBT 19

Уздечка для рабочей лошадкиПриводы переменного тока от АББ всегда впереди по коэффициенту полезного действия и эффективности управления электродвигателями 25

Игра в командеПрименение многоканальных приводов Multidrive с активными выпрямителями в цементной и горноперерабатывающей промышленности 30

Компактный контроллерPP D104: расширение низкого уровня для управляющей платформы AC 800PEC 35

Возбуждение переменного тока с помощью ANPCПреобразователи на основе ANPC для генераторов переменного тока гидроаккумулирующих электростанций 40

Чистые и невидимыеНовые технологии передачи электроэнергии представляют собой значительный вклад в защиту окружающей среды 44

Питание рельсовых магистралейПреобразователи частоты для тяговой сети 49

Вдали от берегаПреобразователь PCS6000 для 5-мегаваттной ветроустановки 56

Осваивая энергию ветраПрименение технологии HVDC Light® для интеграции крупномасштабных морских ветрогенераторных электростанций в энергосистему 62

Ускоренное решение проблемНовое средство диагностики программного обеспечения помогает поддерживать стабильную работу систем управления 67

Мягкая посадка, импульсное питаниеИмпульсные полупроводниковые приборы АББ позволяют усовершенствовать системы радиолокационного контроля в аэропортах США 70

Кристаллы-победителиИстория силовых полупроводниковых приборов в АББ 72


3 / 2008

Приводы: производительность больше, потребление меньше

Страница 30

Преобразователи для ветроэлектростанций: электричество из воздуха

Страница 56

АББРевю

Корпоративный технический журнал группы АББ

IGBT: маленькие кристаллы с большой перспективой

Страница 19

Силовая электроника

АББ Ревю 4/2008Плоды инноваций

Инновации 2008 года 6

Living Space – жизненное пространствоУправление оборудованием здания вышло на новый уровень 11

Сразу в дамки!Инновационные разработки бюджетных интеллектуальных реле для распределительных систем 15

Прорыв в области коммутацииРаспределительное оборудование сверхвысокого напряжения для Китая 20

Чем умнее платформа, тем умнее процессNetwork Platform: новая система контроля качества для бумажного производства 25

Выбрать победителя и упаковаться по полнойFlexPicker™ второго поколения 29

Укрощение нестабильностиНепрерывное совершенствование систем глобального мониторинга для повышения устойчивости электроснабжения 34

Будущее – сегодняЛиния передачи постоянного тока высокого напряжения для крупнейшей в мире морской ветровой электростанции 40

Встроенная защитаИнтегрированные системы безопасности: под надежной защитой 44

Эффективное обеспечение топливомСистема 800xA компании АББ способствует рентабельности небольших установок по производству биоэтанола 49

Требуется хороший кожухСледующий шаг в конструировании измерительных трансформаторов для наружной установки 51

Под наблюдениемБитва за энергию 55

HVDCАББ – от пионера до мирового лидера 59

66 АББ Ревю 4/2008

Анонс номера 1/2009

Производительность

Editorial BoardPeter TerwieschChief Technology OfficerGroup R&D and Technology

Clarissa HallerHead of Corporate Communications

Ron PopperManager of Sustainability Affairs

Axel KuhrHead of Group Account Management

Friedrich PinnekampChief Editor, ABB [email protected]

Andreas MoglestueDeputy Chief Editor, ABB [email protected]

PublisherABB Review is published by ABB Group R&D and Technology.

ABB Asea Brown Boveri Ltd.ABB Review/REVCH-8050 ZürichSwitzerland

ABB Review is published four times a year in English, French, German, Spanish, Chinese and Russian. ABB Review is free of charge to those with an interest in ABB’s technology and objectives. For a sub scription, please contact your nearest ABB representative or subscribe online at www.abb.com/abbreview

Partial reprints or reproductions are per-mitted subject to full acknowledgement. Complete reprints require the publisher’s written consent.

Publisher and copyright ©2008ABB Asea Brown Boveri Ltd. Zürich/Switzerland

PrinterVorarlberger Verlagsanstalt GmbHAT-6850 Dornbirn/Austria

LayoutDAVILLA Werbeagentur GmbHAT-6900 Bregenz/Austria

DisclaimerThe information contained herein reflects the views of the authors and is for informa-tional purposes only. Readers should not act upon the information contained herein without seeking professional advice. We make publications available with the under-standing that the authors are not rendering technical or other professional advice or opinions on specific facts or matters and assume no liability whatsoever in connec-tion with their use. The companies of the ABB Group do not make any warranty or guarantee, or promise, expressed or im-plied, concerning the content or accuracy of the views expressed herein.

ISSN: 1013-3119


Данный выпуск АББ Ревю мы посвятили иннова-

циям. Инновационное мышление помогает нам

находить более оптимальные решения для тра-

диционных задач и совершать открытия в новых

областях знаний. Положительным эффектом

внедрения любой инновации на производстве

является достижение лучшего результата мень-

шими средствами, т.е. повышение производи-

тельности. Производительность будет темой

следующего номера АББ Ревю.

Энергетика и добыча полезных ископаемых явля-

ются отраслями, где производительность играет

ключевую роль. В горнорудной и нефтегазовой

промышленности технологии АББ, от приводов

до средств мониторинга, помогают поднять эф-

фективность производства на новый уровень.

Наличие огромного количества классических

и новейших примеров повышения производи-

тельности не означает, что потенциал ее даль-

нейшего увеличения исчерпан. Ярким примером

этому могут служить анализаторы качества бума-

ги или роботы для чистки, разработанные АББ.

Другими аналогичными примерами в области

интерфейсов и программного обеспечения

являются созданные АББ средства контроля

производственных ресурсов и коммуникацион-

ные системы.

Потенциал повышения производительности мо-

жет быть скрыт не только на этапе непосредст-

венного изготовления изделия. Очень важно

оптимизировать весь жизненный цикл продукта.

В новом выпуске журнала мы рассмотрим пред-

ложения АББ в сфере сервиса и сделаем их срав-

нительный анализ.

Более подробно об этих и многих других спо-

собах повышения производительности читайте

в номере 1/2009 АББ Ревю.


Можно ли подать в энергосистему экологически чистую энергию?

Конечно!

Компания АББ принимает участие в строительстве крупнейшей в мире морской ветровой электростанции. Эта экологически чистая электростан-ция мощностью 400 МВт позволит избежать ежегодного выброса в атмос-феру 1,5 млн. тонн CO

2 и повысит общую стабильность энергосистемы.

Это лишь один яркий пример того, как мы, будучи крупнейшим постав-щиком систем и услуг для ветроэнергетики, помогаем использовать во-зобновляемые источники энергии во избежание глобального изменения климата. www.abb.com/energyefficiency

Power and productivityfor a better world™