КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

CONCEPT OF CREATION OF A DIGITAL SUBSTATION

Ilya Morsakov

Graduate student, Department of Information and Robotic Systems, Belgorod State National Research University,

Russia, Belgorod

Bobenko Sergey Sergeevich

Graduate student, Department of Mathematical and Software Information Systems, Belgorod State National Research University,

Russia, Belgorod

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены основные технические решения при проектировании цифровой подстанции.

ABSTRACT

The main technical solutions when designing a digital substation are considered.

Ключевые слова: цифровая подстанция, АСУ ТП, РЗА, МЭК61850.

Keywords: digital substation, the APSC, the RPP, IEC61850.

Тенденция перехода на цифровые технологии в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации подстанций наметилась более 25 лет назад и в настоящее время стремительно развивается. Практически все ведущие фирмы электроэнергетической отрасли активно работают в этом направлении. Расширяется количество теоретических и практических исследований. Появляются новые международные стандарты, образцы оборудования, опытные полигоны.

Цифровой называется подстанция, оснащенная комплексом цифровых устройств, обеспечивающих функционирование систем РЗА, учета электроэнергии, АСУ ТП, систем регистрации аварийных событий по протоколу обмена данных МЭК61850. Цифровая подстанция укомплектована интеллектуальным вторичным оборудованием, разработанным с применением международного стандарта. Обмен информацией между вторичными устройствами и измерительным первичным оборудованием осуществляется по протоколу передачи данных МЭК61850-9-2LE (по «шине процесса»), в свою очередь вторичные устройства (IED - Intelligent Electronic Device) с верхним уровнем управления подстанцией по протоколу МЭК61850-8-1 (по «шине станции»).

На подстанции установлены высоковольтные цифровые измерительные оптические трансформаторы тока и напряжения, многофункциональные приборы измерений и учета, релейная защита и автоматика зарубежных и российских компаний, система синхронизации, система отображения и управления подстанцией (SCADA).

Коммуникационная среда подстанции, обеспечивающая информационный обмен по «станционной шине» и «шине процесса», между всем вторичным и первичным измерительным оборудованием (локальная сеть), выполнена с использованием активного коммуникационного оборудования, объединенного волоконно-оптическими кабелями.

Преимуществами цифровой ПС от традиционной является:

• Сокращение сроков строительства и минимизация межтерминальных связей;
• Применение единого информационного пространства;
• Сокращение времени проектирования;
• Сокращение объема монтажных и пусконаладочных работ;
• Уменьшение затрат на обслуживание;
• Создание цифровых ПС послужит основой для создания умных сетей Smart Grid;

Применение концепции цифровой подстанции позволит:

1. Частично отказаться от контрольных кабелей и проводов межшкафных связей.
2. Заменить вторичные соединения для нужд РЗА, АСКУЭ, ОБР, АСДУ контрольными кабелями на волоконно-оптические кабели).
3. Использовать для всех производителей РЗА единой модели данных.

Система АСУ ТП цифровой ПС создается как информационно-управляющая человеко-машинная система, рассчитанная на длительное функционирование в реальном масштабе времени. Данная система предназначается для обеспечения комплексной автоматизации технологических процессов, а именно:

1. Мониторинга и контроля технологических параметров и сигнализацией состояния электрическим схем подстанции, состояния устройств защиты и автоматики для следующего оборудования.

• ОРУ (высоковольтные выключатели, разъединители, заземляющие ножи);
• Силовые трансформаторы и трансформаторы собственных нужд;
• Оборудование КРУ-10 (6) кВ (выключатели, разъединители, заземляющие ножи);
• Устройства бесперебойного электропитания;

2. Управления технологическим оборудованием.

• Высоковольтные выключатели;
• Высоковольтные разъединители;
• Силовые трансформаторы (управление РПН);
• Наружное освещение ПС

3. Организации удаленного доступа к системе телемеханизации подстанции из службы ЦУС.
4. Получение данных о системе пожарной и охранной сигнализации.

Основные группы данных, которые циркулируют в информационной модели:

1. Данные некритичные ко времени передачи, т.е. MMS-сообщения. В частности, обмен между АРМ оперативного персонала и интеллектуальными электронными устройствами, где время передачи в основном определяется реакцией оператора.
2. Данные критичные ко времени передачи, так называемые GOOGSE-сообщения. Критичные ко времени передачи данные, участвующие в алгоритмах управления и передаваемые непосредственно между микропроцессорными устройствами. Например, информация о состоянии коммутационных аппаратов, используемая для организации оперативных блокировок. Требуемые время передачи о положения КА здесь порядка нескольких миллисекунд.
3. Цифровая информация от ТТ и ТН, так называемые SV-потоки. Группа информации, связанная с очень высоким быстродействием – это оцифровка мгновенных значений тока и напряжения, полученная соответственно от ТТ и ТН.

Передача МЭК61850 GOOSE сообщений имеет ряд параметров, которые все должны быть корректными для успешной передачи данных. Решающим (особенно важным) является то, что конфигурируемые наборы данных в передающих и принимающих устройствах точно соответствуют друг другу по структуре данных, и что GOOSE адреса и строки имени точно соответствуют друг другу. Возможна и ручная конфигурация, но можно использовать программное обеспечение сторонней подстанции (третьей стороны, доступной через шлюз сети) для того, чтобы автоматизировать процесс.

Принципиальная схема присоединения ввода к трансформатору, для традиционной ПС будет иметь вид, представленный на рис. 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема присоединения ввода к трансформатору для традиционной ПС

Для организации цифровой подстанции необходимо, чтобы измеренные значения токов и напряжений для осуществления работы релейной защиты и автоматики поступала в систему в цифровом виде.

Поэтому была предложена концепция, в основе которой было применение классических ТТ и ТН, а для оцифровки значений тока и напряжения были бы применены специальные устройства сопряжения с объектом (далее по тексту – УСО).

Данные устройства представляют собой законченное изделие заводской готовности, в основе которого лежит микропроцессорный аналогово-цифровой преобразователь (AMU). Данный контроллер имеет аналоговые входные цепи, которые подключаются к трансформатору тока и трансформатору напряжения в соответствующие керны классов точности 0,5 и 10Р.

Далее информация в оцифрованном виде поступает от данных УСО в так называемую шину процесса, которая представляет собой локальную сеть, в которой циркулируют значения токов и напряжений всех присоединений 35 и 10 кВ.

Микропроцессорные устройства релейной защиты подключены в шину процесса и получают информацию о токах и напряжениях из данной локальной сети для осуществления своих внутренних алгоритмов.

Принципиальные схемы присоединения ввода к трансформатору, для цифровой ПС будет иметь вид, представленный на рис. 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема присоединения ввода к трансформатору для цифровой ПС

Как видно из сравнения принципиальных схем присоединений заметно сокращение межтерминальных связей, а также замена протяженных медных соединений на волоконно-оптические кабели.

Список литературы:

1. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. М.: Изд-во Энергоатомиздат, 1987. 648 с.
2. Библия электрика: ПУЭ, МПОТ, ПТЭ – 3-е издание. М.: Изд-во «Э», 2016. 752 с.
3. А.И. Анисимов. Цифровая подстанция. Эффективные решения. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://isup.ru/articles/72/13855/ (дата обращения 12.11.2023)