Основные принципы работы систем температурного контроля (СТК)

Page 1
background image

Page 2
background image

112

Система температурного 
контроля кабельных
линий СТК TOPAZ

ОСНОВНЫЕ

 

ПРИНЦИПЫ

 

РАБОТЫ

 

СИСТЕМ

 

ТЕМПЕРАТУРНОГО

 

КОНТРОЛЯ

 (

СТК

Принцип

 

работы

 

оптоволоконного

 

датчика

Физические

 

воздействия

 

на

 

оптоволокно

 (

такие

 

как

 

температура

давление

 

и

 

сила

 

натяжения

локально

 

изменяют

 

характеристики

 

пропуска

-

ния

 

света

 

и

как

 

следствие

приводят

 

к

 

измене

-

нию

 

характеристик

 

сигнала

 

обратного

 

отраже

-

ния

В

 

основе

 

измерительных

 

систем

 

на

 

основе

 

оптоволоконных

 

датчиков

 

используется

 

срав

-

нение

 

спектров

 

и

 

интенсивностей

 

исходного

 

лазерного

 

излучения

 

и

 

излучения

рассеянного

 

в

 

обратном

 

направлении

после

 

прохождения

 

по

 

оптоволокну

Обратное

 

световое

 

рассеяние

 

при

 

температурном

 

воздействии

Оптические

 

волокна

 

изготовлены

 

из

 

легиро

-

ванного

 

кварцевого

 

стекла

Кварцевое

 

стекло

 

представляет

 

собой

 

разновидность

 

двуоки

-

си

 

кремния

 (SiO

2

с

 

аморфной

 

твердотельной

 

структурой

Температурные

 

воздействия

 

иници

-

ируют

 

вибрации

 

в

 

молекулярной

 

решетке

Ког

-

да

 

свет

 

попадает

 

на

 

термически

 

возбужденные

 

молекулы

происходит

 

взаимодействие

 

между

 

световыми

 

частицами

 (

фотонами

и

 

электрона

-

ми

Таким

 

образом

в

 

оптическом

 

волокне

 

проис

-

ходит

 

световое

 

рассеяние

так

 

же

 

известное

как

 

рамановское

 

рассеяние

 (

рисунок

 1). 

Обратное

 

световое

 

рассеяние

 

состоит

 

из

 

не

-

скольких

 

спектральных

 

составляющих

 

рэлеевское

 

рассеяние

 

с

 

длиной

 

волны

ана

-

логичной

 

используемой

 

в

 

лазерном

 

источ

-

нике

Частота

 

оптического

 

излучения

Инт

енсивность

Входное

 

излучение

 

с

 

частотой

 

0

Рэлеевское

рассеяние

 

с

 

частотой

 

0

Бриллюэновское

рассеяние

 

с

 

частотой

 

± 

 = ~n · 10 

ГГц

 = ~n · 10 

ТГц

Рамановское

рассеяние

с

 

частотой

 

– 

Рамановское

рассеяние

с

 

частотой

 

Рис

. 1. 

Световое

 

рассеяние

 

в

 

оптическом

 

волокне

о

б

о

р

у

д

о

в

а

н

и

е

оборудование

 

стоксовы

 

компоненты

 

рамановского

 

рассея

-

ния

 

с

 

длиной

 

волны

 

большей

чем

 

у

 

исполь

-

зуемого

 

лазерного

 

источника

при

 

которых

 

испускаются

 

фотоны

 

антистоксовы

 

компоненты

 

рамановского

 

рас

-

сеяния

 

с

 

меньшей

 

длиной

 

волны

по

 

сравне

-

нию

 

с

 

рэлеевским

 

рассеянием

при

 

которых

 

фотоны

 

поглощаются

Интенсивность

 

рассеяния

 

так

 

называемого

 

антистоксова

 

диапазона

 

зависит

 

от

 

темпера

-

туры

в

 

то

 

время

 

как

 

стоксов

 

диапазон

 

от

 

тем

-

пературы

 

практически

 

не

 

зависит

Локальная

 

температура

 

оптического

 

волокна

 

выводится

 

из

 

отношения

 

антистоксовой

 

и

 

стоксовой

 

интен

-

сивностей

 

света

Бриллюэновские

 

линии

которые

 

более

 

ин

-

тенсивные

чем

 

стоксовы

но

 

имеют

 

меньший

 

спектральный

 

сдвиг

Этот

 

спектральный

 

сдвиг

 

вызван

 

акустическими

 

колебаниями

 

кристалли

-

ческой

 

решетки

 

волокна

 

и

 

несет

 

в

 

себе

 

инфор

-

мацию

 

о

 

механических

 

напряжениях

 

и

 

темпера

-

турах

воздействующих

 

на

 

волокно

Воздействие

 

механических

 

напряжений

 

и

 

температур

 

приво

-

дит

 

к

 

изменению

 

положения

 

бриллюэновской

 

линии

 

на

 

оси

 

частоты

 

оптического

 

излучения

.

Датчики

 

температуры

 

на

 

основе

 

рамановских

 

линий

Самым

 

современным

 

оборудованием

 

в

 

си

-

стеме

 

мониторинга

 

распределения

 

температу

-

ры

 

является

 

распределенный

 

оптоволоконный

 

датчик

 

температуры

 

на

 

основе

 

рамановских

 

линий

Принципом

 

работы

 

датчика

 

является

 

то

что

 

интенсивность

 

стоксовой

 

рамановской

 

ком

-

поненты

 

рассеянного

 

излучения

 

практически

 

не

 

зависит

 

от

 

температуры

а

 

интенсивность

 

антистоксовой

 

линии

 

сильно

 

связана

 

с

 

темпе

-

ратурой

Это

 

позволяет

определяя

 

отношение

 

интенсивности

 

антистоксовой

 

линии

 

и

 

стоксо

-

вой

 

линии

определять

 

значение

 

температу

-

ры

Данный

 

подход

 

позволяет

 

избавиться

 

от

 

погрешности

связанной

 

с

 

возможными

 

флук

-

туациями

 

мощности

 

зондирующего

 

лазерного

 

импульса

Системы

 

этого

 

типа

 

могут

 

работать

 

на

 

расстояниях

 

в

 

несколько

 

километров

Про

-

странственное

 

разрешение

 

может

 

достигать

 

0,5 

м

.

Технология

 DTS 

на

 

базе

 

рамановского

 

рас

-

сеяния

 

позволяет

 

использовать

 

стандартный

 

волоконно

-

оптический

 

кабель

 

длиной

 

до

 15 

км

 

в

 

качестве

 

распределенного

 

датчика

 

темпера

-

туры

.

ТМ


Page 3
background image

113

ПРЕДПОСЫЛКИ

 

ДЛЯ

 

РАЗРАБОТКИ

 

СИСТЕМЫ

 

ТЕМПЕРАТУРНОГО

 

КОНТРОЛЯ

 

TOPAZ

Система

 

автоматизации

 

питающего

 

центра

  (

АСУ

ТП

 

ПС

представляет

 

собой

 

большую

 

распреде

-

ленную

 

многоуровневую

 

информационную

 

сис

-

тему

обрабатывающую

 

десятки

 

тысяч

 

сигналов

 

от

 

различных

 

подсистем

ССПИ

РЗА

РАС

ПКЭ

ЧР

 

и

 

т

.

д

Обязательными

 

условиями

 

эффективной

 

экс

-

плуатации

 

систем

 

АСУ

 

ТП

 

являются

:

 

комплексная

 

диагностика

 

состояния

 

силового

 

оборудования

;

 

стандартизованный

 

подход

 

к

 

построению

 

АСУ

 

ТП

 

и

 

смежных

 

подсистем

;

 

применение

 

только

 

открытых

 

протоколов

 

пере

-

дачи

 

данных

;

 

единые

 

требования

 

к

 

классификации

кодиро

-

ванию

 

и

 

представлению

 

информации

;

 

самодиагностика

 

всех

 

элементов

 

системы

.

Как

 

показал

 

анализ

 

ситуации

 

с

 

распростра

-

ненными

 

на

 

рынке

 

системами

 

температурного

 

контроля

степень

 

их

 

интеграции

 

в

 

АСУ

 

ТП

 

даже

 

ниже

чем

 

АИИС

 

КУЭ

Но

 

в

 

случае

 

с

 

АИИС

 

КУЭ

 

это

 

обосновано

 

организационными

 

причинами

в

 

слу

-

чае

 

с

 

СТК

 

никакого

 

обоснования

 

нет

При

 

том

что

 

система

 

термоконтроля

фактически

представ

-

ляет

 

собой

 

виртуальный

 

датчик

 

температуры

 

на

 

каждом

 

погонном

 

метре

 

высоковольтного

 

кабеля

в

 

АСУ

 

ТП

 

по

 

стандартному

 

протоколу

 

обычно

 

пере

-

дается

 

лишь

 36 

ма

-

лоинформативных

 

интегральных

 

па

-

раметров

хотя

при

 

питании

 

ПС

 

от

 2-

х

 

КЛ

 

и

 

характерной

 

длине

 

КЛ

 8 

км

для

 

трех

 

фаз

 

полезную

 

информа

-

цию

 

представляют

 

48 000 

измерений

 

температуры

 

с

 

ин

-

тервалом

 

в

 1 

минуту

По

 36-

ти

 

интеграль

-

ным

 

параметрам

 

не

-

возможно

 

выполнять

 

расчетные

 

задачи

 

(

например

прогно

-

зирование

 

допусти

-

мой

 

нагрузки

 

на

 

КЛ

), 

осуществлять

 

ото

-

бражение

 

резуль

-

татов

 

измерений

 

на

 

картах

 

и

 

схемах

от

-

слеживать

 

динамику

 

процессов

Распро

-

страненные

 

на

 

рын

-

ке

 

системы

 

темпе

-

ратурного

 

контроля

 

имеют

 

возможность

 

анализа

 

и

 

отобра

-

жения

 

только

 

сред

-

ствами

 

закрытого

 

ПО

поставляемого

 

Система

 

СТК

 TOPAZ

Наименование

 

параметра

Значение

Режим

 

работы

непрерывный

Диапазон

 

измерений

 

по

 

тем

-

пературе

от

 –200 °

С

 

до

 + 650 °

С

Температурное

 

разрешение

0,1 °

С

Диапазон

 

измерений

 

по

 

длине

 

кабеля

км

0,5; 2; 4: 8; 12; 15

Шаг

 

измерений

 

по

 

длине

м

Тип

 

волокна

многомодовое

,

50/125 

или

 62,5/125 

мкм

Длина

 

волны

 

лазера

975 

нм

 

или

 1550 

нм

Номинальное

 

напряжение

 

питания

24 

В

 (

постоянный

 

ток

)

или

 220 

В

  (

переменный

 

ток

)

Максимальный

 

потреб

 

ляемый

 

ток

не

 

более

 300 

мА

Потребляемая

 

мощность

не

 

более

 30 

Вт

Время

 

одного

 

измерения

с

 

на

 4 

км

,

от

 12 

с

 

на

 15 

км

Время

 

установления

 

показа

-

ний

 (

выходного

 

сигнала

)

не

 

более

 10 c

Предел

 

допускаемой

 

основ

-

ной

 

погрешности

 

измерения

 

температуры

:

– 

в

 

эксплуатации

– 

после

 

калибровки

не

 

более

 ±0,5 °

С

 

не

 

более

 ±0,1 °

С

Точность

 

определения

 

места

 

обрыва

 

волоконно

-

оптическо

-

го

 

кабеля

не

 

более

 1 

м

Количество

 

каналов

1, 2, 4, 8 

или

 16

Класс

 

лазерной

 

безопасности

1

М

 

согласно

 

ГОСТ

 IEC 

60825-1-2013

Класс

 

защиты

 

от

 

поражения

 

электрическим

 

током

не

 

ниже

 II

производителем

 

систем

 

и

 

имеющего

 

технические

 

ограничения

 

по

 

архитектуре

 

системы

 — 1 

АРМ

сервер

 

БД

 

и

 

т

.

п

.

Для

 

полноценной

 

интеграции

 

в

 

АСУ

 

ТП

 

необ

-

ходима

 

передача

 

всех

 

измерений

 

температуры

 

по

 

стандартным

 

протоколам

 

связи

 

и

 

выполнение

 

задач

 

анализа

 

и

 

графического

 

отображения

 

сред

-

ствами

 

АСУ

 

ТП

При

 

этом

 

стоит

 

отметить

что

 

далеко

 

не

 

все

 

существующие

 

АСУ

 

ТП

 

способны

 

обрабатывать

 

и

 

хранить

 

такое

 

количество

 

информации

.

ОСНОВНЫЕ

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ

ПАРАМЕТРЫ

 

СТК

 TOPAZ

Система

 

СТК

 TOPAZ — 

стационарная

 

автомати

-

ческая

 

многоканальная

 

система

 

непрерывного

 

действия

Измерение

 

температуры

 

основано

 

на

 

измерении

 

оптического

 

рамановского

 

обратного

 

рассеивания

 

с

 

использованием

 

оптической

 

реф

-

лектометрии

 

во

 

временной

 

области

.

л

и

р

п

и

К

п

ц

4

те

те

П

н

в

р

(

н

зи

м

о

б

та

ка

сл

п

ст

ке

р

и

а

ж

ст

Рис

. 2. 

Шкаф

 

СТК

 TOPAZ

 1 (40) 2017


Page 4
background image

114

Варианты реализации системы термоконтроля на базе ПТК TOPAZ

АППАРАТНАЯ

 

ПЛАТФОРМА

СТК

 TOPAZ

Система

 

термоконтроля

 TOPAZ 

позволяет

 

ис

-

пользовать

 

в

 

качестве

 

аппаратной

 

платформы

 

как

 

отдельные

 

серверы

так

 

и

 

серверы

 

АСУ

 

ТП

 

ПС

В

 

клиентской

 

части

 

используется

 

программное

 

обеспечение

 TOPAZ SCADA CLIENT 

с

 

расшире

-

нием

 TOPAZ 

Термоконтроль

которое

 

может

 

быть

 

установлено

 

и

 

использоваться

 

либо

 

на

 

отдельных

 

автоматизированных

 

рабочих

 

местах

 

операторов

 

СТК

либо

 

на

 

автоматизированных

 

рабочих

 

местах

 

операторов

 

АСУ

 

ТП

  (

то

 

есть

 

реализована

 

полная

 

интеграция

 

с

 

АСУ

 

ТП

 

ПС

). 

ПТК

 TOPAZ, 

в

 

состав

 

которого

 

входит

 C

истема

 

термоконтроля

 TOPAZ, 

позволяет

 

организовать

 

единый

 

диспетчерский

 

пункт

 (

систем

 

телемехани

-

ки

АСУ

 

ТП

 

и

 

термоконтроля

), 

в

 

том

 

числе

 

на

 

осно

-

ве

 

АСТУ

 TOPAZ 

с

 

поддержкой

 

С

IM-

модели

КЛЮЧЕВЫЕ

 

ОСОБЕННОСТИ

СТК

 TOPAZ

Итак

в

 

чем

 

же

 

заключаются

 

ключевые

 

особенности

 

СТК

 TOPAZ 

и

 

отличия

 

от

 

аналогичных

 

сис

 

тем

пред

-

ставленных

 

на

 

рынке

Прежде

 

всего

это

 

эффективность

 

внедрения

 

и

 

эксплуатации

 

за

 

счет

 

унификации

:

ОБОРУДОВАНИЕ


Page 5
background image

115

 

масштабируемое

 

единое

 

ПО

применяемое

 

как

 

в

 

серверах

 TOPAZ 

в

 

составе

 

СТК

так

 

и

 

в

 

АСУ

 

ТП

;

 

масштабируемое

 

аппаратное

 

обеспечение

так

-

же

 

применяемое

 

как

 

в

 

составе

 

СТК

 TOPAZ, 

так

 

и

 

в

 

АСУ

 

ТП

;

 

унификация

 

знаний

 

и

 

навыков

 

эксплуатирующего

 

персонала

типовых

 

решений

ПО

устройств

ЗИП

;

 

легкая

 

масштабируемость

реализация

 

автомати

-

зированных

 

алгоритмов

 

АСУ

 

ТП

 

на

 

основе

 

авто

-

матической

 

обработки

 

данных

 

СТК

 TOPAZ.

Во

-

вторых

независимость

 

пользователя

 

от

 

одно

-

го

 

производителя

:

 

применение

 

в

 

СТК

 TO 

 PAZ 

только

 

стандартных

 

протоколов

 

обмена

;

 

ПО

 

предназначено

 

для

 

работы

 

на

 

различных

 

платформах

;

 

система

  (

ПТК

 TOPAZ) 

применяется

 

не

 

у

 

од

 

ного

-

двух

 

заказчиков

а

 

у

 

многих

 

заказчиков

 

в

 

одной

 

отрасли

;

 

в

 

качестве

 

хранилища

 

дан

 

ных

 

используется

 

сис

-

тема

 

управления

 

базами

 

данных

 

СУБД

 MySQL 

с

 

открытыми

 

исходными

 

кодами

;

 

возможность

 

обмена

 

информацией

 

с

 

устройства

-

ми

 

различных

 

производителей

.

В

 

третьих

надежность

 

СТК

 

за

 

счет

 

построения

 

на

 

основе

 

типовых

 

приборов

 

и

 

компонентов

выпускае

-

мых

 

серийно

 

и

 

многократно

 

опробованных

 

в

 

других

 

сис

 

темах

:

 

использование

 

безвентиляторных

 

решений

 

для

 

приборов

 

термоконтроля

 

и

 

для

 

системы

 

гаранти

-

рованного

 

питания

 

применение

 

безвентиляторных

 

высокопроизводи

-

тельных

 

промышленных

 

контроллеров

 

в

 

качестве

 

серверов

;

 

резервирование

 

серверов

 

и

 

каналов

 

передачи

 

данных

.

ВЫВОДЫ

Таким

 

образом

применение

 

системы

 

температурного

 

контроля

 

СТК

 TOPAZ 

обеспечивает

 

как

 

реализацию

 

непосредственных

 

задач

 

термоконтроля

 

кабельных

 

линий

так

 

и

 

полноценную

 

интеграцию

 

в

 

АСУ

 

ТП

 

с

 

пе

-

редачей

 

данных

 

по

 

стандартным

 

протоколам

 

обмена

 

информацией

 

для

 

последующего

 

выполнения

 

расчет

-

ных

 

задач

отображения

 

результатов

 

на

 

картах

 

и

 

схе

-

мах

отслеживания

 

динамики

 

процессов

Внедрение

 

СТК

 TOPAZ 

позволяет

 

проводить

 

ра

-

боты

 

по

 

монтажу

наладке

вводу

 

в

 

эксплуатацию

 

в

 

сжатые

 

сроки

а

 

также

 

выполнять

 

модернизацию

 

и

 

расширение

 

систем

 

АСУ

 

ТП

 

путем

 

доустановки

 

и

 

интеграции

 

СТК

 

без

 

каких

-

либо

 

технологических

 

сложностей

Р

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Моисеева

 

Н

.

П

Волоконно

-

оптические

 

датчики

 

темпе

-

ратуры

. URL: http://www.temperatures.ru 

2. 

Скворцов

 

Д

.

А

Комплексная

 

автоматизация

 

сетей

 20 

кВ

 // 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распределение

, 2015, 

  4(31). 

С

. 80–83.

ООО

 «

ПИЭЛСИ

 

ТЕХНОЛОДЖИ

»

является

 

разработчи

-

ком

 

и

 

производителем

 

ПТК

 «TOPAZ», 

предна

-

значенным

 

для

 

созда

-

ния

 

таких

 

систем

как

 

АСТУ

АСУТП

ССПИ

ТМ

АИИС

 

КУЭ

РАС

ПКЭ

СТК

 

КЛ

, Smart 

Grid 

и

 

др

ПТК

 TOPAZ 

применяется

 

более

 

чем

 

в

:

• 207 

АСУТП

 

и

 

ССПИ

 

ПС

 220 

кВ

 

и

 110 

кВ

;

• 2200 

РП

 

и

 

ТП

 6–20

кВ

;

• 12 

ЦУС

 

и

 

ДП

,

• 230 

АСУТП

 

объектов

 

городской

 

и

 

транспортной

 

инфраструктуры

.

ООО

  «

ПиЭлСи

 

Технолоджи

» — 

предприятие

 

без

 

иностранного

 

участия

 

в

 

уставном

 

капитале

имеющее

 

на

 

территории

 

России

 

полный

 

производ

-

ственный

 

цикл

а

 

именно

 

разработку

 

электронных

 

блоков

 

и

 

контролле

-

ров

включая

 

схемотехнические

 

и

 

дизайнерские

 

решения

а

 

также

 

программирование

 

микрокон

-

троллеров

;

 

серийное

 

производство

 

электронных

 

блоков

 

и

 

контроллеров

включая

 

производство

 

плат

 

на

 

современной

 

автоматической

 

роботизирован

-

ной

 

линии

;

 

разработку

 

специализированного

 

программно

-

го

 

обеспечения

 TOPAZ SCADA 

для

 

контролле

-

ров

 

уровня

 

объекта

серверов

 

и

 

автоматизиро

-

ванных

 

рабочих

 

мест

 (

АРМ

);

 

серийное

 

производство

 

комплектов

  (

шкафов

для

 

ССПИ

АСУ

 

ТП

АСКУЭ

ККЭ

РАС

РЗА

;

 

проектирование

 

ССПИ

АСУ

 

ТП

 

и

 

др

.

 

монтаж

 

ССПИ

АСУ

 

ТП

 

и

 

др

на

 

объектах

 

за

 -

казчика

.

www.tpz.ru

 1 (40) 2017


Читать онлайн

Физические воздействия на оптоволокно (такие как температура, давление и сила натяжения) локально изменяют характеристики пропускания света и, как следствие, приводят к изменению характеристик сигнала обратного отражения. В основе измерительных систем на основе оптоволоконных датчиков используется сравнение спектров и интенсивностей исходного лазерного излучения и излучения, рассеянного в обратном направлении, после прохождения по оптоволокну.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»