ОПЫТ РЕАЛИЗАЦИИ ЦИФРОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ, ВАРИАНТЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Аннотация. В статье отражается трактовка понятий «цифровых подстанций». Указаны требования к ним, показаны варианты применения. Отмечена роль стандарта МЭК 61580. Рассмотрены достоинства ЦПТ и проблемные аспекты, связанные с внедрением технологий.

Ключевые слова: цифровые подстанции, МЭК 61580, реализация, технологии, проект.

Введение

Благодаря современным информационным технологиям появляются новые возможности инновационных подходов к решению задач во многих сферах жизни. Подстанции нового вида – цифровые подстанции (ЦПС) позволяют автоматизировать и управлять энергообъектами. Согласно Нормам технологического проектирования подстанций переменного тока, с напряжением 35-750 кВ [1], разработанным Федеральной сетевой компанией Единой энергетической системы, цифровой называется подстанция с высокой степенью автоматизации, в которой почти все процессы информационного обмена между компонентами, управление подстанциями проводятся в цифровом формате в соответствии со стандартами серии МЭК 61850. В цифровых подстанциях в полной мере воплощается информационная развитость, при которой все процессы взаимодействия происходят в цифровом формате [7, c. 154].

Необходимо указать, что стандарт МЭК 61850 устанавливает процесс проектирования и наладки, описывает язык конфигурации автоматизированных систем, возможности способов испытания оборудования и многие другие аспекты, касающиеся использования ЦПС.

Основная часть

На сегодняшний день в мире реализовано множество проектов с использованием стандарта МЭК 61850. Внедрения доказали эффективность и   рациональность цифровых технологий. Первая цифровая подстанция TVA Bradley 500 кВ была внедрена в США. Это был пилотный проект, направленный на проверку адекватности использования стандарта в автоматизированных устройствах. Благодаря внедрению проекта удалось повысить совместимость между оборудованием разных производителей, углубить знания сотрудников в отношении МЭК 61850, найти проблемы, которые появляются при реализации стандарта.

В Испании на подстанции Alcala de Henares проводился эксперимент по использованию шины в области передачи дискретной информации. Все сведения о состоянии аппаратов, команды управления ими отправлялись по цифровым каналам посредством GOOSE сообщений. В Великобритании на ЦПС проводили эксперименты для сопоставления временных показателей микропроцессорной релейной защиты на основе классических трансформаторов тока и показателей защиты на основе цифровых трансформаторов тока. Для этого применяли устройства, отправляющие данные о мгновенных показателях тока и напряжений согласно протоколу МЭК61850-9-2 [3, c. 205].

Китай активно использует ЦПС, в 2009 г. став мировым лидером по цифровым подстанциям, ежегодно внедряющим десятки таких устройств. Но китайские производители используют другие принципы создания технологий, в отличие от тех, которые приняты в ПАО «ФСК ЕЭС».

Внедрение собственного отечественного решения по созданию ЦПС произошло в 2011 г. Ведущие компании подписали генеральное соглашение о стратегическом сотрудничестве для создания ЦТП в России.

Проект включал в себя трехуровневую систему:

• полевой уровень, содержащий шину процесса с оптическими трансформаторами и выносным прибором связи с объектом;
• уровень присоединения, который включает микропроцессорную защиту, контроллер присоединения, принимающие данные по МЭК;
• подстанционный уровень, исполненный на базе SCADA NPT Expert с поддержкой МЭК 61850-8-1(MMS).

К основным особенностям создания системы относится новый полевой уровень, содержащий инновационные устройства начального сбора информации. К таким устройствам принадлежат выносные УСО, цифровые измерительные трансформаторы, встроенные микропроцессоры и т.д. Трансформаторы отправляют устройствам второго уровня реальные показатели напряжения и токов по протоколу МЭК [5, c. 135].

Следующее отличие системы состоит в объединении среднего и верхнего уровня в один станционный уровень, что обусловлено единым протоколом передачи данных. Также немаловажным свойством системы является ее гибкость. Цифровые подстанции могут вмещать в себе функционал многих устройств. Данное свойство гибкости дает возможность сформировать разные решения, учитывая особенности энергетического объекта [6, c. 213].

Рассмотрим преимущества цифровых подстанций. Использование цифровых подстанций в перспективе поможет значительно снизить затраты на проектирование, пуско-наладочные процессы, обслуживание энергетических объектов. Цифровое решение позволит увеличить степень автоматизации процессов. Собственные разработки цифровой подстанции не только укрепят положение науки и производства, но и увеличат энергобезопасность страны.

Другие преимущества цифровых решений:

• достижение точности измерений;
• простота проектирования;
• высокая экологичность, пожаробезопасность;
• уменьшение числа модулей ввода и вывода на устройство АСУ, что приводит к снижению стоимости самих устройств;
• надежная защищенность от помех [4, c. 102].

Но внедрение ЦПС сопряжено с необходимостью глубокой проработки надежности систем, изучения нормативной базы, а также создания новейших средств проектирования. Несмотря на ряд преимуществ, стоит обозначить следующий негативный момент. При анализе современного внедрения ЦПС видно, что требования стандарта МЭК трактуются достаточно свободно, что впоследствии приведет к несогласованности и трудностям интеграции цифровых решений.

В настоящее время в России происходит активное создание технологии цифровой подстанции.

Запущены пилотные проекты, компании-лидеры разрабатывают отечественные продукты и решения для проектов. При создании технологий важно строго придерживаться стандарта МЭК 61850 не только в отношении протоколов передачи информации, но и в идеологическом направлении системы. Если действовать в соответствии со стандартом, впоследствии это упростит внедрение и обслуживание энергообъектов [2, c. 165].

Заключение                      

Итак, благодаря широкому внедрению цифровых технологий стало возможным автоматизировать многие процессы. Одно из достижений – цифровые подстанции. Они отличаются наличием встроенных интеллектуальных микропроцессорных устройств, цифровым способом получения данных, использованием локальных сетей для коммуникаций, автоматизацией функционирования ЦПС и управлением. Информационные связи на цифровых подстанциях осуществляются цифровыми процессами, которые образуют единую шину.

Данное решение обеспечивает быстрый и прямой обмен данными между устройствами, что в результате позволяет сократить число кабелей, устройств, а также способствует их компактному размещению.