Опыт проектирования АИИС КУЭ подстанции c помощью САПР AutomatiCS 2011

Сергей Алексинский
К.т.н., доцент, руководитель сектора РЗА ООО «РЗА Сервис»
Евгений Целищев
Д.т.н., с.н.с., генеральный директор, CSoft Иваново
Иван Кудряшов
Ведущий специалист, CSoft Иваново
Анна Глязнецова
Специалист, CSoft Иваново

Традиционно САПР AutomatiCS применяется для автоматизации проектирования КИПиА. Однако используемые в AutomatiCS методы и способы позволяют расширить область применения системы для электроэнергетических объектов. Мы намерены рассказать об опыте использования AutomatiCS для проектирования автоматизированной информационно­измерительной системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) электрической подстанции напряжением 500 кВ.

Электрическая подстанция — сложный объект, для которого необходимо разработать большой объем проектной документации с взаимосвязанными разделами.

Проектирование информационно­технологических систем электроэнергетического объекта предусматривает разработку следующих разделов:

• релейная защита и автоматика;
• противоаварийная автоматика;
• режимная автоматика;
• АИИС КУЭ;
• АСУ ТП;
• телемеханика;
• связь;
• регистрация аварийных ситуаций;
• определение места повреждения;
• система мониторинга переходных режимов.

Проектирование ведется различными группами специалистов. Изменения в одной части проекта часто влекут за собой изменения в других частях. Во взаимодействии проектировщиков не исключены сбои. На качество проекта влияет человеческий фактор. Повысить качество проектирования можно путем создания комплексной САПР. АИИС КУЭ — одна из наиболее структурированных систем, поэтому целесообразно начать разработку именно с модуля САПР АИИС КУЭ. Для системы АИИС КУЭ характерны связи с АСУ ТП и системой связи.

Исходные данные

В качестве исходных данных для проектирования были использованы следующие документы:

• техническое задание на проектирование подстанции 500 кВ;
• главная схема подстанции;
• схема распределения по трансформаторам тока и напряжения устройств информационно­технологических систем (схема ИТС);
• действующие нормы и правила ФСК ЕЭС (Федеральной сетевой компании единой энергетической системы);
• действующие руководящие материалы.

С целью формирования структуры документации был произведен анализ реальных проектов. Проектирование велось для одной из подстанций напряжением 500 кВ ОАО «ФСК ЕЭС».

В соответствии с исходными требованиями, в составе проектируемой АИИС КУЭ присутствуют 18 каналов учета (четыре коммерческих, 14 технических), пять шкафов счетчиков и 1 шкаф УСПД (устройств сбора и передачи данных).

Краткое описание действия пользовательских команд

Проектные документы

Основная задача применения любой САПР — это, в конечном счете, получение комплекта проектных документов. В AutomatiCS графические документы формируются с помощью встроенного документатора — графической формы документов (ГФД). Готовые документы можно экспортировать в форматы *.dwg и *.pdf. Табличные документы формируются путем вывода информации в таблицы MS Word.

При выполнении проекта АИИС КУЭ с помощью AutomatiCS были автоматически сформированы следующие документы:

• схема учета (рис. 1);
• перечень каналов учета;
• принципиальные электрические схемы шкафов счетчиков:

Рис. 1. Фрагмент схемы учета

Рис. 2. ГФД, схема шкафа счетчиков, токовые цепи

Рис. 3. ГФД, схема шкафа счетчиков, цепи напряжения

- токовые цепи (рис. 2),

- цепи напряжения (рис. 3),

- цепи сигнализации (рис. 4),

- цепи питания (рис. 5),

- подключения интерфейсов (рис. 6);

Рис. 4. ГФД, схема шкафа счетчиков, цепи сигнализации

Рис. 5. ГФД, схема шкафа счетчиков, цепи питания

Рис. 6. ГФД, схема шкафа счетчиков, подключения интерфейсов

• схемы подключения кабелей к рядам зажимов шкафов счетчиков:

- левая сторона — цепи тока и напряжения (рис. 7),

- правая сторона — информационные цепи (рис. 8),

- низ — цепи напряжения (рис. 9);

Рис. 7. ГФД, схема подключения кабелей к рядам зажимов, цепи тока и напряжения

Рис. 8. ГФД, схема подключения кабелей к рядам зажимов, информационные цепи

Рис. 9. ГФД, схема подключения кабелей к рядам зажимов, цепи напряжения

• перечень оборудования шкафов счетчиков;
• кабельный журнал;
• перечень основного оборудования системы АИИС КУЭ;
• принципиальные электрические схемы шкафа УСПД:

- цепи питания,

- подключения интерфейсов;

• схемы подключения кабелей к рядам зажимов шкафа УСПД;
• перечень оборудования шкафа УСПД;
• перечень сигналов;
• перечень оборудования с кодировкой по системе KKS (нем. Kraftwerk­Kennzeichensystem — система кодировки для электростанций);
• задание заводу:

- схема заполнения шкафа,

- принципиальные электрические схемы,

- перечень оборудования,

- ряды зажимов,

- таблица соединений,

- таблица подключения.

Модель проекта

Технология проектирования в системе AutomatiCS предусматривает разделение процессов проектирования и документирования. При этом под проектированием понимается процесс создания виртуальной модели проектируемой системы, включающей различные элементы (счетчики, клеммники, кабели, разъединители и т.д.) и связи между ними. Создание модели проекта выполняется непосредственно в среде AutomatiCS путем последовательного выполнения различных процедур и операций. Чтобы максимально автоматизировать процесс построения модели проекта, авторы создали комплект так называемых пользовательских команд (макросов): при наличии подробного технического задания на проектирование, выполненного в формате таблицы *.exl или *.csv, процесс проектирования является полностью автоматическим — пользователю достаточно лишь открыть файлы с техническим заданием и последовательно выполнить предлагаемые команды (рис. 10).

Рис. 10. Комплект пользовательских команд для проектирования АИИС КУЭ

Результаты выполнения этих команд напрямую зависят от исходных данных технического задания, поэтому составление ТЗ — один из основных этапов проектирования. При работе над проектом АИИС КУЭ в качестве исходных данных для составления ТЗ были использованы следующие документы:

• главная схема подстанции;
• техническое задание на проектирование системы АИИС КУЭ;
• схема ИТС.

В результате была сформирована таблица в формате *.csv, которая содержит следующие данные:

• характеристики точек учета (вид учета: коммерческий/технический);
• характеристики измерительных трансформаторов тока и напряжения (0.2s, 0.5s; 0.2, 0.5);
• данные о распределении счетчиков по шкафам;
• метрологические характеристики элементов канала учета (класс счетчика: 0.2s, 0.5s).

Верхняя строка в таблице включает наименования параметров, а каждая последующая — значения параметров для отдельной точки учета (рис. 11).

Формат *.csv выбран неслучайно: с одной стороны, он легко редактируется с помощью MS Excel, с другой — позволяет работать с файлом напрямую, не открывая его в отдельном приложении, что дает возможность импортировать данные в AutomatiCS даже на компьютере, где не установлен базовый комплект MS Office.

Рис. 11. Фрагмент технического задания в формате *.csv

После импорта данных в систему AutomatiCS проектирование АИИС КУЭ подстанции выполняется автоматически с помощью комплекта пользовательских команд. Краткое описание действия команд представлено в таблице. Особенность пользовательских команд в том, что они не «зашиты» в систему, то есть являются настраиваемыми: с помощью встроенного инструмента системы (VB Script) можно и создавать собственные команды, и редактировать уже имеющиеся.

У читателей может возникнуть вопрос: «А как же выбор моделей оборудования?» Вопрос понятный и своевременный. Подход к проектированию различных электротехнических систем в САПР AutomatiCS позволяет выполнять проектирование без выбора конкретных моделей технических средств. Это не мешает выбирать схему подключения, проектировать клеммники и кабели, формировать проектные документы. Вернуться к выбору моделей можно в любой момент, основные условия — наличие требуемых элементов в проекте и наличие нужного описания в базе данных. Для выполнения проекта АИИС КУЭ подстанции в базу данных была добавлена информация о следующих компаниях­производителях:

• Нижегородское научно­производственное объединение имени М.В. Фрунзе (модели счетчиков);
• ABB (модели переключателей);
• ОАО «Мытищинский электротехнический завод» (коробки испытательные);
• Phoenix contact (разветвители интерфейсов, клеммы, преобразователи интерфейсов).

База данных в дальнейшем будет расширяться, в том числе и по инициативе производителей.

Особенности документирования

САПР AutomatiCS позволяет получить комплект проектных документов с максимальной степенью автоматизации за счет применения встроенного документатора ГФД (графическая форма документов), а также возможности настраивать шаблоны для автоматического вывода проектных документов.

Документирование в AutomatiCS — это процесс оформления информации, содержащейся в модели проекта, в требуемом виде. Все документы — и табличные и графические — формируются путем выбора нужного шаблона и выполнения команды Документирование по шаблону. Все действия по выборке необходимых данных и размещению их в документе выполняются автоматически, в соответствии с настройками шаблонов. На рис. 12 представлен пример настройки шаблона документа «Кабельный журнал». Чтобы получить требуемую форму документа, для шаблона были указаны следующие настройки:

• тип документируемых элементов;
• имена документируемых элементов;
• правила предварительной сортировки;
• правила классификации (выборка нужных элементов из общего списка, разбиение на отдельные таблицы).

В соответствии с выполненными настройками автоматически формируется проектный документ «Кабельный журнал» (рис. 13).

Рис. 12. Настройка шаблона документа «Кабельный журнал»

Рис. 13. MS Word, фрагмент документа «Кабельный журнал»

Как уже было сказано, табличные документы формируются путем вывода информации из модели AutomatiCS в MS Word. При этом связь с моделью проекта теряется: если в проекте изменяются какие­либо данные, то табличный документ не обновляется — его нужно формировать заново. Такой подход вызывает определенные неудобства, связанные с постоянным внесением изменений в модель проекта на различных стадиях проектирования.

Проблему автоматического обновления документов удалось решить с помощью инструмента ГФД. Само формирование графических документов выполняется по аналогии с табличными: указывается нужный шаблон и в соответствии с его настройками осуществляется заполнение документа требуемой информацией. Подходящие графические блоки подбираются автоматически, при этом учитываются параметры документируемых элементов. Возможность внесения изменений в уже сформированные документы обеспечивается следующими функциональными особенностями ГФД:

• автоматическое обновление параметров в документах;
• централизованное обновление графических блоков и шаблонов;
• автоматическое обновление компоновки клеммников и кабелей;
• автоматическое удаление из документа элементов и связей (в случае если эти элементы/связи были удалены из модели проекта);
• обновление отображений выбегов связей.

Таким образом, функционал графического документатора позволяет приступать к формированию проектных документов, как только нужные элементы и связи появляются в модели проекта. При изменении любых проектных данных (в том числе после выбора конкретных моделей технических средств) документы автоматически обновляются: либо при открытии документа, либо по команде Обновить. Также обновление документа (считывание актуальных данных из модели проекта и отображение их в документе) происходит при выполнении команд экспорта в *.dwg или *.pdf.

Предварительная настройка системы

При использовании любой САПР необходимо выполнить предварительную адаптацию системы к требованиям конкретной организации, и AutomatiCS не является исключением из этого правила. В рамках работы над проектом АИИС КУЭ значительную часть времени заняла настройка так называемого информационного обеспечения системы:

• шаблонов проектных документов;
• комплекта графических блоков;
• базы данных;
• пользовательских команд.

В качестве исходных данных для настройки шаблонов и графических блоков были использованы примеры проектных документов. Настройка графических блоков выполнялась с помощью встроенных инструментов системы путем импорта изображений из формата *.dwg во встроенный графический редактор AutomatiCS и последующей обработки блоков (добавления правил выбора, настройки заполняемых полей и т.д.).

Для некоторых документов (схемы подключения кабелей к рядам зажимов, таблица соединений, таблица подключения и пр.) вносить изменения в шаблоны и графические блоки не потребовалось: использовались шаблоны и настройки, входящие в комплект поставки.

Для настройки базы данных также применялись встроенные инструменты AutomatiCS. В процессе подготовки системы к выполнению проекта АИИС КУЭ подстанции в базу данных, помимо упомянутого выше оборудования конкретных компаний­производителей, были добавлены следующие типовые схемы:

• подключения счетчиков;
• подключения разветвителей интерфейсов RS 485;
• шкафа устройств сбора и передачи данных (шкаф УСПД);
• верхнего уровня системы АИИС КУЭ.

Заключение

В этой статье описан опыт применения САПР AutomatiCS для проектирования АИИС КУЭ электрической подстанции напряжением 500 кВ. В ходе работы над проектом были успешно решены следующие задачи:

• формирование необходимого комплекта проектной документации;
• соответствие форм проектных документов предоставленному образцу;
• соответствие проектных документов действующим нормам и правилам;
• повышение качества проекта в части принятия технических решений и оформления проектной документации, исключение ошибок проектирования;
• обеспечение возможности автоматического внесения изменений в готовый комплект проектной документации;
• снижение трудозатрат на всех стадиях проектирования за счет максимально возможного повышения степени автоматизации;
• настройка и адаптация информационного обеспечения AutomatiCS таким образом, чтобы в дальнейшем выполнением типовых проектов мог заниматься специалист, не знакомый с «тонкостями» работы САПР;
• обеспечение пользователям возможности самостоятельного развития сформированного информационного обеспечения.

Все работы по настройке информационного обеспечения системы выполнены средствами и инструментами, входящими в комплект поставки. Сформированные шаблоны проектных документов, настройки процедур и операций могут быть успешно использованы для выполнения очередного проекта.

Авторы надеются, что статья окажется полезной для специалистов — проектировщиков АИИС КУЭ, — и готовы ответить на любые ваши вопросы о применении системы автоматизированного проектирования AutomatiCS.

САПР и графика 5`2013