Трансформаторы для цифровых подстанций

ЦИФРОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
Устройство для вычисления силы тока

Александр Хренников, д.т.н., профессор
Ильяс Галиев, аспирант
Егор Скрыдлов, магистр
Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва

В последнее время появилось множество цифровых устройств, используемых в электроэнергетике: высоковольтные цифровые трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН); первичное и вторичное оборудование со встроенными коммуникационными портами; микропроцессорные контроллеры, системы РЗиА и так далее.

Всё это создает предпосылки для построения цифровой подстанции (ЦПС) [1, 2], в которой организация всех потоков информации при решении задач мониторинга, анализа и управления осуществляется в цифровой форме.

Преимущества ЦПС в сравнении с традиционной подстанцией приведены в табл. 1.

Таблица 1. Сравнение особенностей традиционных и цифровых подстанций

Традиционная

Потери во вторичных цепях (для всех устройств разные)

Отсутствие потерь при передаче информации

Многократные АЦ-преобразования (в каждом устройстве)

Однократное АЦ-преобразование (первичное измерение)

Большое влияние ЭМ-эффектов

Отсутствие влияния ЭМ-эффектов

Неограниченное тиражирование информации

Несмотря на столетний опыт в области создания и эксплуатации электромагнитных ТТ – основных первичных преобразователей для целей РЗА, полностью устранить недостатки, присущие этим трансформаторам, не удалось. Одним из существенных недостатков ТТ является насыщение магнитопровода во время КЗ, сопровождающихся апериодической составляющей. Использование разомкнутых магнитопроводов снижает насыщение, но при прочих равных условиях снижает и точность как по току, так и по углу.

В настоящее время активно рекламируются оптические трансформаторы тока (ОТТ), работа которых основана на эффекте Фарадея [3]. Несмотря на то, что работы по созданию оптических трансформаторов ведутся более 40 лет [4], первые промышленные образцы, появившиеся в последние годы, слишком дорогие и могут найти применение лишь на высоком и сверхвысоком напряжении (220 кВ и более).

Практический интерес также представляет измерительное преобразование тока на основе гальваномагнитных эффектов [5], используемых в датчиках магнитного поля, позволяющих измерять не только переменный, но и постоянный ток, а также переменный ток, сопровождающийся медленно затухающими апериодическими составляющими. Измеряемый ток создает магнитное поле, на которое и реагирует датчик. К гальваномагнитным преобразователям относятся датчики Холла, магниторезисторы, магнитодиоды и магнитотранзисторы.

Таким образом, актуален выбор наиболее перспективных видов первичных измерительных преобразователей тока.

ОПТИЧЕСКИЙ ТТ

Типичная схема оптического ТТ содержит чувствительный элемент в виде нескольких витков ОВ (оптоволокна), помещенных в жесткую защитную оболочку из немагнитного материала – токовую головку для ОТТ, и электронно-оптический блок (ЭОБ), соединяемый с чувствительным элементом через оптический кросс (рис. 1) [6–8].

Рис. 1. Упрощенная структурная схема оптического ТТ

Интерфейсы:
V2 – потенциальный выход;
I2 – токовый выход;
Код – выход АЦП.

ЭОБ генерирует с помощью встроенного лазера и модулятора на своем оптическом выходе монохроматический циркулярно поляризованный световой сигнал, направляемый по поддерживающему поляризацию ОВ на вход чувствительного элемента. В чувствительном элементе плоскость поляризации сигнала подвергается под воздействием магнитного поля Н 1 тока I 1 соответствующему повороту на угол Фарадея, и с выхода чувствительного элемента световой сигнал поступает на оптический вход ЭОБ, где на фазовом детекторе из него формируется электрический измерительный сигнал.

Далее этот сигнал через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) поступает в виде цифрового кода определенной разрядности на дискретный интерфейсный выход ЭОБ и через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на усилитель, где формируются нормированные аналоговые выходные сигналы в виде напряжения или тока для выдачи на аналоговый интерфейс ЭОБ. Таким образом, измерительная информация может быть получена на выходе ЭОБ для дальнейшего использования.

В том случае, когда чувствительный элемент по технологическим требованиям, например на высоковольтных подстанциях, должен быть удален от ЭОБ, для подключения чувствительного элемента дополнительно используется магистральное ОВ, сохраняющее поляризацию, и кроссовый блок (кабельный бокс), подключающий его к ОВ чувствительного элемента.

СХЕМА НОВОГО УСТРОЙСТВА

Объектом проектирования стало устройство, применяемое в качестве электронно-оптического блока современных ТТ, основанных на эффекте Фарадея. Обобщенная структурная схема устройства показана на рис. 2.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема оптического ТТ

Поскольку в стандарте ГОСТ Р МЭК 60044 [9] не содержится требование об обязательном наличии аналоговых выводов на устройствах подобного типа, ограничимся сбором и преобразованием измерительной информации.

Данные от цифровых измерительных трансформаторов, как оптических, так и электронных, преобразуются в пакеты с использованием сумматоров (СУ, Merging Units), предусмотренных стандартом МЭК 61850-9. Сформированные сумматорами пакеты передаются по сети Ethernet (шине процессора) в устройства уровня присоединения (контроллеры АСУ ТП, РЗА, ПА и др.) Частота дискретизации передаваемых данных – не хуже 80 точек на период для устройств РЗА и ПА и 256 точек на период для АСУТП, АИИС КУЭ и др., поэтому необходим высокоскоростной микроконтроллер (МК), способный вовремя обработать и отправить обработанные данные по каналам связи.

В данном приборе предлагается использовать МК семейства TMS 320 фирмы Texas Instruments. Это семейство МК разработано для задач, где требуется производить быстрые вычисления, для устройств, которые не требуют минимального энергопотребления. Интеллектуальная периферия, состоящая из широкого ряда цифровых и аналоговых модулей, не использует ресурс ЦПУ. МК данной серии содержат большую часть модулей, требуемых для построения устройства. Интерфейсы для работы с внешними устройствами представлены следующим набором: UART, IrDA, SPI, I2C, USB, JTAG. Для отладки микроконтроллера можно использовать интерфейс JTAG.

В микроконтроллере имеется 12-битный модуль АЦП конвейерного типа. Аналоговые схемы преобразователя включают аналоговые мультиплексоры с внешним интерфейсом, цепи выборки-хранения, преобразовательное ядро, стабилизаторы напряжения и другие вспомогательные аналоговые цепи. Цифровые схемы включают в себя программируемое устройство циклового управления преобразованием (секвенсер), регистры результатов преобразования, интерфейсы к аналоговым схемам и другим модулям на кристалле.

Секвенсер АЦП может быть настроен на автоматический режим серий преобразований. Это означает, что каждый раз, когда АЦП получает сигнал «начать преобразование», он может совершать множественные преобразования автоматически. Для каждого из них можно выбрать любой из 16 входных каналов, доступных через аналоговый мультиплексор. После завершения преобразования цифровое значение сигнала с выбранного канала будет сохранено в соответствующем регистре результатов.

В качестве модулятора сигнала будет применяться лазерный светодиод фирмы Laser Components, который уникален тем, что содержит в себе как оптический излучатель, так и оптический приемник сигнала, а также предустановленное в корпус изделия ОВ. Излучатель и приемник находятся в одном корпусе, что положительно сказывается на габаритных размерах устройства при проектировании.

Читайте также:  Как проверить трансформатор зарядного устройства шуруповерта мультиметром

Для получения результатов от применения эффекта Фарадея необходимо использовать фазовый детектор, который будет сравнивать отправляемый сигнал с полученным. В качестве такого компонента было выбрано решение от фирмы Analog Devices. На вход подключаются исходный сигнал и сигнал с фотодиода, а на выходе мы получим напряжение, соответствующее отклонению фазы полученного сигнала от отправленного. Это напряжение будет поступать на АЦП.

В качестве средства взаимодействия с устройством был выбран OLED-дисплей Bolymin, на котором можно отследить состояние устройства, измеренное значение тока или сервисную информацию для взаимодействия с оператором устройства.

Основное назначение микросхемы памяти в разрабатываемом устройстве – буфер для хранения передаваемой информации. По мере заполнения буфер будет очищаться, а данные будут передаваться на АРМ. Кроме того, накопленные данные можно будет использовать для составления отчетов и расчетов статистических значений. Также в случае нештатных ситуаций устройство будет сохранять данные о произошедшем в памяти устройства, с указанием времени и даты обнаружения неисправности.

Будем полагать, что объем одного пакета данных, получаемых при обработке входных электрических величин, примерно равен 200 байт. В таком случае использование буферной памяти емкостью 16 кбит вполне удовлетворит наши нужды.

Существуют различные технологии реализации энергонезависимости памяти, такие как EEPROM, Flash, FRAM и т.п. Выбирая подходящую технологию, необходимо принимать во внимание требования к надежности прибора. Это подразумевает как высокое быстродействие памяти, так и достаточно большое число циклов перезаписи (что позволит увеличить срок службы устройства без необходимости сервисного обслуживания, а также минимизировать потери данных при перебоях в питании). Было решено использовать память типа FRAM, т.к. этот тип наиболее выгоден по скорости записи, количеству циклов «чтение–запись» и по току потребления.

Источники питания

Согласно стандартам, данное устройство должно иметь возможность работать как от сети 220 В, так и от автономного источника питания.

Питание устройства предлагается организовать следующим образом: от внешнего блока питания на устройство подается 12 В. Далее двумя линейными регуляторами оно понижается сначала до 5 В для питания аналоговой части прибора, затем до 3,3 В – для питания цифровой части. В качестве регуляторов были выбраны линейные регуляторы фирмы Analog Devices, собственное потребление которых не превышает 34 мкА.

В качестве автономного источника питания предлагается к использованию аккумулятор H&T.

Алгоритмы работы

Функциональная схема проектируемого преобразователя приведена на рис. 3. Проектирование выполнялось в программе Altium Designer 14.

Рис. 3. Функциональная схема устройства

ИП – источник питания,
ЛС1, ЛС2 – линейные стабилизаторы,
РО1 – разъем отладочный (для подключения JTAG),
МД – модуль дисплея,
МП – микросхема памяти,
ОПП – оптический приемопередатчик,
ФД – фазовый детектор,
МК – микроконтроллер.

Рассмотрим алгоритм работы данного устройства (рис. 4). После включения устройства происходит его инициализация. Далее устройство осуществляет самодиагностику. При положительном исходе диагностики устройство приступает к выполнению своих непосредственных функций (генерация сигнала, считывание фазового сдвига, преобразование полученного значения с помощью АЦП, вычисление значения силы тока).

Рис. 4. Алгоритм работы устройства

Алгоритм самодиагностики устройства (рис. 5) предназначен для определения его работоспособности на основе информации о питании. При питании от аккумулятора и недостаточном количестве заряда информация либо сохраняется в памяти устройства, либо передается на АРМ оператора при наличии канала связи.

Рис. 5. Алгоритм самодиагностики устройства

Алгоритм передачи данных (рис. 6) предназначен для реализации обмена данными по каналу связи с АРМ оператора. В устройстве организован буфер для накопления информации и последующей ее передачи при доступности канала связи.

Рис. 6. Алгоритм передачи данных устройством

ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

После прохождения световым лучом датчика тока, основанного на эффекте Фарадея, получается два световых сигнала: исходный сигнал и измененный после прохождения через магнитное поле, создаваемое током в токопроводе. Отклонение светового луча фиксируется фазовым детектором, преобразуется в напряжение и проходит через аналого-цифровое преобразование. Полученное значение используется при расчете силы тока. Погрешность измерения силы тока состоит из погрешности датчика тока, погрешности преобразования фазового детектора, погрешности АЦП. Погрешность датчика тока в данном расчете не рассматривается, т.к. токовая головка находится за пределами устройства.

Таким образом, погрешность устройства состоит из погрешности оптического приемопередатчика, погрешности преобразования фазового детектора и погрешности АЦП. По итогам расчетов оказалось, что основной вклад в аддитивную составляющую погрешности устройства вносит фазовый детектор.

В общей сложности погрешность измерения силы тока по входу устройства по расчетам составит 0,03%. Данная погрешность мала в сравнении с современными ТТ. В табл. 2 приведены примеры классов точности оптоволоконных датчиков тока различных производителей [10].

Табл. 2. Классы точности некоторых трансформаторов тока

Источник

Цифровые подстанции. Российские и зарубежные: НТД, опыт, примеры

В 2017 году на Петербургском международном экономическом форуме президент Владимир Путин призвал сформировать принципиально новую, гибкую нормативную базу для внедрения цифровых технологий во все сферы жизни [rg.ru]. Конечно же, указанное коснулось и сферы электроэнергетики. На сегодня со стороны компании ПАО «Россети» принята новая НТД, сформирована концепция «Цифровая трансформация 2030». Появились такие понятия как «Цифровая подстанция», «Цифровой питающий центр», «Цифровая электрическая сеть». Давайте разберемся с основными требования к таким объектам и рассмотрим примеры реализации

СОДЕРЖАНИЕ

1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Цифровая подстанция (ЦПС) – автоматизированная подстанция, оснащенная взаимодействующими в режиме единого времени цифровыми информационными и управляющими системами и функционирующая без присутствия постоянного дежурного персонала [п.3.27, СТО 34.01-21-004-2019].

Цифровая подстанция (ЦПС по терминологии НТП ПС 2017) – это подстанция с высоким уровнем автоматизации, в которой практически все процессы информационного обмена между элементами ПС, а также управление работой ПС осуществляются в цифровом виде на основе стандартов серии МЭК 61850 [п.3 СТО 56947007-29.240.10.248-2017].

Цифровой питающий центр – цифровая подстанция 110-220 кВ и (или) узловая цифровая подстанция с высшим напряжением 35 кВ, от РУ СН и НН которой электрическая энергия распределяется по электрической сети [п.3.28, СТО 34.01-21-004-2019]

Цифровая электрическая сеть – Организационно-техническое объединение электросетевых объектов, оснащенных цифровыми системами измерения параметров режима сети, мониторинга состояния оборудования и линий электропередачи, защиты и противоаварийной автоматики, сетевого и объектового управления, информационный обмен между которыми осуществляется по единым протоколам с обеспечением синхронизации по времени [п.3.29, СТО 34.01-21-004-2019]

– совокупность средств вычислительной техники, программно-вычислительного обеспечения и средств создания и заполнения машинной информационной базы при вводе системы в действие, достаточных для выполнения одной или более задач АСУ ТП [п.3, СТО 56947007-25.040.40.236-2016]

Читайте также:  Трансформатор тпр 128 характеристики

2. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

Термин «Цифровая подстанция» (ЦПС) обозначает особое (цифровое) построение и взаимодействие технологических систем подстанции (таких как РЗА, АСУ ТП, АИИС КУЭ и т.д.) внутри каждой системы, между системами, а также между системами и первичным оборудованием.

Работа и управление такими подстанциями базируется на программно-техническом комплексе цифровой подстанции (ПТК ЦПС), разделенном на структурные уровни (процесса, присоединения и подстанции), которые объединяются между собой посредством сегментов локально-вычислительной сети Ethernet.

УРОВЕНЬ ПОДСТАНЦИИ
шина подстанции
УРОВЕНЬ ПРИСОЕДИНЕНИЯ
шина процесса
УРОВЕНЬ ПРОЦЕССА

Сегменты локально-вычислительной сети (ЛВС) образуют шину процесса, объединяющую уровни процесса и присоединения, и шину подстанции, объединяющую уровни присоединения и подстанции.

Структурная схема ПТК цифровой подстанции

Нажмите для просмотра

Схема приводится для справок. Оригинал см.: СТО 34.01-21-004-2019

3. УРОВЕНЬ ПРОЦЕССА

  • организация сопряжения основного оборудования с ПТК ЦПС;
  • сбор дискретной информации с «сухих» контактов основного оборудования (например, с блок-контактов коммутационных аппаратов) и её оцифровка
  • сбор аналоговой информации (например, с измерительных трансформаторов тока и напряжения) и её оцифровка (при применении оптических измерительных трансформаторов сигнал изначально оцифрован);
  • передача собранной информации на вышестоящие уровни;
  • получение команд управления от вышестоящих уровней в цифровом виде с воздействием на основное оборудование (например, включить/отключить коммутационный аппарат).

В случае отсутствия у основного оборудования встроенного цифрового интерфейса для оцифровки сигналов используют устройства сопряжения с объектом (УСО):

  • ПАС (AMU) – преобразователи аналоговых сигналов;
  • ПДС (DMU) – преобразователи дискретных сигналов.

Указанные устройства могут быть отдельными или объединенными в одном комбинированном устройстве.

УСО для оцифровки не требуется, если цифровой интерфейс изначально встроен в основное оборудование (например, сбор аналоговых сигналов выполняется напрямую с оптических трансформаторов тока и напряжения).

Оба варианта соответствуют СТО 34.01-21-004-2019 [см. п.5.2.1].

На практике часто встречаются решения где устройства уровня процесса совмещены с устройствами уровня присоединения (подробнее см. подраздел e)

СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ:

От основного оборудования до преобразователей аналоговых и дискретных сигналов (ПАС и ПДС) информация передается по контрольному кабелю с медными жилами. ПАС и ПДС стремятся установить максимально близко к основному оборудованию.

Далее от ПАС и ПДС по волокно-оптическим кабельным линиям информация поступает в коммутаторы шины процесса.

Аналоговая информация в цифровом виде передается в виде потока данных SV-поток.

SV-поток состоит из кадров Ethernet в соответствии со спецификацией МЭК 61850-9-2LE.

В соответствии со спецификацией МЭК 61850-9-2LE с учетом МЭК 61869:

  • поток данных для целей релейной защиты и автоматики и измерений включает в себя 1 набор данных (4 тока, 4 напряжения), за период осуществляется передача 80 кадров Ethernet
  • поток данных для целей коммерческого учета и контроля качества электроэнергии включает в себя 8 наборов данных (в каждом по 4 тока, 4 напряжения), за период осуществляется передача 32 кадров Ethernet.

Дискретная информация в цифровом виде передается с использованием протокола МЭК 61850-8-1 GOOSE, MMS.

4. УРОВЕНЬ ПРИСОЕДИНЕНИЯ

  • прием и обработка данных, получаемых от устройств уровня присоединения;
  • выполнение соответствующих алгоритмов прикладных функций с передачей режимной и диагностической информации на уровень шины подстанции;
  • обмен информацией с уровнями процесса.
  • интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ), выполняющие прикладные функции АСТУ, включая РЗА, для соответствующего основного оборудования [п.5.2.1, СТО 34.01-21-004-2019].

СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ:

Мгновенные значения тока и напряжения принимаются ИЭУ по протоколу МЭК 61850-9-2 SV по шине процессов по волокно-оптическим линиям связи.

Обмен дискретной информацией с устройствами уровня процесса и другими устройствами уровня присоединения происходит по протоколу МЭК 61850-8-1 GOOSE по волокно-оптическим линиям связи.

5. УРОВЕНЬ ПОДСТАНЦИИ

  • консолидация информации, получаемой от уровня присоединения;
  • обеспечение скоординированного выполнение команд оператора непосредственно на подстанции и/или команд вышестоящего уровня управления с формированием управляющих воздействий с использованием сервисов МЭК 61850-8-1:
    • для управления основным оборудованием;
    • для управления программными ключами в составе АСТУ;
    • для изменения уставок
  • прием и обработка данных, получаемых от устройств уровня присоединения
  • выполнение соответствующих алгоритмов прикладных функций с передачей режимной и диагностической информации на уровень шины подстанции
  • обмен информацией с уровнями процесса
  • сервера АСУ ТП / ССПИ;
  • сервера и АРМ SCADA системы ЦПС;
  • устройства регистрации параметров переходных процессов в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах;
  • средства информационной интеграции цифровой ПС и ЦУС в соответствии с МЭК 61850-90-2

Данный уровень должен быть образован серверами, объединенными в отказоустойчивый кластер, на платформе виртуализации которого работают сервера и АРМ уровня подстанции.

СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ:

Сервера уровня подстанции взаимодействуют с устройствами уровня присоединения по ЛВС шины подстанции, используя сервисы клиентсерверного обмена в соответствии с МЭК 61850-8-1, обмен файловой информацией производиться с использованием сервисов файлового обмена в соответствии с МЭК 61850-8-1.

Для информационного обмена ЦПС с вышестоящими уровнями управления (ЦУС) и бизнес-аналитики для передачи оперативной и неоперативной информации в обоих направлениях сервера ССПИ должны поддерживать сервисы клиент-серверного обмена в соответствии с МЭК 618508-1.

Для информационного обмена с существующими (унаследованными) SCADA системами, не имеющими возможности клиент-серверного обмена в соответствии с МЭК 61850-8-1, сервера ССПИ должны в том числе поддерживать протокол МЭК 60870-5-104 [п.5.2.3, СТО 34.01-21-004-2019].

6. СОВМЕЩЕНИЕ И РАЗДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ ПРОЦЕССА, ПРИСОЕДИНЕНИЯ И ПОДСТАНЦИИ

В соответствии с [п.5.2.8, СТО 34.01-21-004-2019], учитывая текущий технологический уровень и отработанные технологии, обеспечивается надежное и эффективное применение следующих технических решений:

  • раздельная реализация уровней процесса и присоединения для напряжения 110/220 кВ;
  • совмещение уровней процесса и присоединения для напряжения 6, 10, 20 и 35 кВ на базе унифицированных многофункциональных терминалов РЗА/контроллеров присоединений;
  • отдельная реализация уровня подстанции [п.5.2.8, СТО 34.01-21-004-2019].

7. ШИНА ПРОЦЕССА

Варианты топологии локально-вычислительной сети шины процесса [п.5.2.4, СТО 34.01-21-004-2019]:

  • «Двойная звезда» с использованием протокола МЭК 62439-3 PRP;
  • «Двойное кольцо» с использованием протокола МЭК 62439-3 PRP/HSR.

Основные требования в соответствии с [п.5.2.4, СТО 34.01-21-004-2019]:

  • Сегменты ЛВС шины процесса должна быть физически или логически изолированы от других сегментов ЛВС подстанции;
  • Кабельная сеть ЛВС шины процесса должна строиться на основе волоконно-оптических линий связи;
  • Тип разъемов для всех видов соединений – LC;
  • В зонах распределительных устройств и ОПУ предусматриваются пассивные оптические коммутационные панели, соединенные многожильным магистральным оптическим кабелем (оптические коммутационные панели обеспечивают распределение оптического сигнала, подведенного к ним по магистральному кабелю и портам, оборудованными разъемами, к которым подключаются коммутационные шнуры, передающие сигнал на Ethernet-порты активного сетевого оборудования цифровой ПС);
  • Для обеспечения резервирования кабельная сеть ЛВС шины процесса должна строиться по принципу полного дублирования компонентов;
  • Резервируемые оптические кабельные линии ЛВС шины процесса должны прокладываться по разным маршрутам
Читайте также:  Что такое каретка трансформатора

Принципиальная схема подключения полевых устройств к ЛВС шины процесса

Нажмите для просмотра

8. ШИНА ПОДСТАНЦИИ

Топология локально-вычислительной сети шины подстанции в пределах каждой из резервируемых сетей PRP должна обеспечивать для коммутаторов резервирование сети Ethernet на 2-ом уровне модели OSI с использованием протоколов RSTP, MRP. [п.5.2.4, СТО 34.01-21-004-2019].

Основные требования в соответствии с [п.5.2.5, СТО 34.01-21-004-2019]:

  • Хосты ЛВС шины подстанции должны иметь резервированные подключения к двум разным коммутаторам ЛВС;
  • Протоколы резервирования 2-ого и 3-его уровня модели OSI должны обеспечивать защиту от одиночного отказа коммутаторов/маршрутизаторов, а также кабельных соединений ЛВС шины подстанции;
  • При необходимости в составе ЛВС шины подстанции предусматриваются резервированные по протоколу VRRP маршрутизирующие коммутаторы, обеспечивающие маршрутизацию IP-трафика между сегментами ЛВС шины подстанции – серверным, ИЭУ 110-220 кВ, ИЭУ 35 кВ, ИЭУ 20, 10, 6 кВ;
  • В точке подключения ЛВС шины подстанции к узлу связи сетевой периметр технологической сети подстанции должен быть защищен кластером межсетевых экранов, работающим в режиме маршрутизации; межсетевой экран должен поддерживать гранулярный МЭК 61850-8-1 MMS, МЭК 60870-5-104;
  • Кабельная сеть ЛВС шины подстанции должна строиться на основе волоконно-оптических линий связи;
  • Допускается использование медных пассивных компонентов кабельной сети, в сегментах, обеспечивающих взаимодействие между:
    • оборудованием уровня присоединения и устройствами уровня подстанции (отдельные сегменты при обосновании);
    • устройствами уровня подстанции и средствами интерфейса человек-машина;
    • межсетевыми экранами и оборудованием связи.

9. ПРОТОКОЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Рекомендуется в части применения протоколов передачи данных (и применении соответствующего оборудования) руководствоваться приведенной ниже таблицей [п.5.2.8, СТО 34.01-21-004-2019]:

Протокол SV применяется только для вводных ячеек РУ

Протокол SV применяется для вводных ячеек РУ.

Применение протокола SV для измерений в рамках РУ может быть применено при дополнительном обосновании

MMS, GOOSE, SV

10. ВИРТУАЛИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ УРОВНЯ ПРИСОЕДИНЕНИЯ

Для разделения трафика (РЗА, АСУТП, АИИС КУЭ, видеонаблюдение, связь и др.), совместно использующего среду передачи, а также с целью повышения безопасности, должна использоваться технология виртуальных локальных сетей (VLAN). Разделение трафика по VLAN должно выполняться на стадии проектирования объекта с учетом приоритезации и логической сегрегации трафика. При необходимости, связь между VLAN должна осуществляться через соответствующие маршрутизаторы [п.8.1, СТО 34.01-21-004-2019].

11. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РЗА ЦИФРОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

На цифровых подстанциях РЗА является одной из подсистем ПТК ЦПС, функционирующей на уровне присоединения и подстанции.

На уровне «Присоединения» РЗА организуется на базе интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ), являющихся специализированными промышленными компьютерами (в качестве них могут выступать терминалы РЗА, выполняющие функции контроллера присоединения, контроллеры ячеек). Между собой устройства обмениваются данными по шине процесса, аналогично происходит и обмен информацией с первичными преобразователями дискретных и аналоговых сигналов.(ПДС и ПАС):

  • дискретная информация по протоколу МЭК 61850-8-1 (GOOSE);
  • аналоговая информация по протоколу МЭК 61850-9-2 (SV).

В качестве первичных датчиков цифровых измерительных трансформаторов для цифровой ПС могут использоваться оптические датчики тока и напряжения на основе магниточувствительного оптоволокна, либо электромагнитные ТТ, электромагнитные или емкостные ТН [п.20.2, СТО 34.01-21-004-2019].

При реконструкции ПС допускается использовать измерительные ТТ и ТН с аналоговым выходом с использованием цифровых преобразователей при соответствующем экономическом обосновании [п.20.3, СТО 34.01-21-004-2019].

Программное обеспечение, установленное на уровне вычислительной сети ПТК цифровой ПС, должно представлять собой модульное программное обеспечение, в котором каждый программный модуль отвечает за минимальную функцию (виртуальное реле или логический узел в терминах в соответствии с требованиями МЭК 61850) [п.8.12, СТО 34.01-21-004-2019].

Из комбинации программных модулей может быть составлена необходимая функция защиты и (или) автоматизации, при этом уровень вычислительной сети ПТК цифровой ПС представляет собой совокупность обеспечивающих функционирование виртуальных устройств защиты и управления [п.8.13, СТО 34.01-21-004-2019].

Все связи между устройствами и описание ИЭУ должны быть представлены в виде SCD файла, а логические узлы с привязкой к элементам однолинейной схемы в виде SSD файла, разрабатываемых в специализированных программах.

12. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

Достоинствами построения оптимального цифровой ПС являются:

  • значительно меньшее общее количество и номенклатура оборудования в составе ПТК, что снижает объем профилактического обслуживания, сокращает время восстановления работоспособности и требуемые объемы ЗИП;
  • значительное снижение количества кабельных связей в составе комплекса и их полная диагностируемость, что ускоряет поиск неисправности и сокращает время восстановительного ремонта;
  • сокращение времени поставки и затрат на поставку ЗИП за счет использования вычислительных и коммуникационных средств общего назначения (серверов) в составе системы, которые имеют более низкую стоимость по сравнению со специальными, при более высокой производительности;
  • снижение объемов и частоты периодических проверок за счет организации более оптимального планирования профилактических и необходимых восстановительных работ [п.8.1, СТО 34.01-21-004-2019].

Недостатками применения ЦПС могут появиться в случае применения не оптимального ПТК с дублированием, что приведет к увеличение стоимости оборудования.

Кроме того, остро встает вопрос кибербезопасности.

13. ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗОВАННЫХ ОБЪЕКТОВ. ПРЕЗЕНТАЦИИ РЕШЕНИЙ

Примеры цифровых подстанций в России

Класс напр яжения РУ Протоколы передачи данных Примечания
6, 10, 20 кВ
Наименование объекта Описание
ПС 110/20 кВ Медведевская

(г.Москва, Сколково)

На базе оборудования ООО НПП «ЭКРА»

[ подробнее ]

ПС 110/10 кВ имени М. П. Сморгунова

(п.Солонцы, Красноярский край)

На базе нескольких производителей, в том числе ООО «ЛИСИС», «ДЭП», «Микроника»

[ подробнее ]

ПП 500 кВ Тобол

(г.Тобольск)

На базе нескольких производителей, в том числе ООО НПП «ЭКРА», Siemens

[ подробнее ]

ПС 110 кВ Южная

(г.Череповец)

На базе нескольких производителей, в том числе ООО НПП «ЭКРА», ООО «ЛИСИС»

Примеры зарубежных цифровых подстанций

Наименование объекта Примечания
ПС 110 кВ Приречная

(Республика Беларусь)

На базе оборудования General Electric

[ подробнее ]

ПС 225/90/20кВ «Блоко» («Blocaux»)

(Франция)

На базе оборудования General Electric

Ссылки на информационные ресурсы по теме «Цифровая подстанция»

Наименование Примечания
«Цифровая подстанция»

Электронный журнал

Специализированный информационный ресурс по цифровым подстанциям

[ подробнее ]

ООО НПП «ЭКРА»

презентация

Структура цифровой подстанции. Особенности построения и надежность

Опыт реализации проектов Цифровых подстанций

Проектирование сети ЦПС на примере ПС Медведевская

презентация

Реализация системы защиты и управления
цифровой подстанции на базе программного
комплекса iSAS
[ подробнее ]
ABB

презентация

Внедрение Цифровых подстанций

[ подробнее ]

NR Electric Co., Ltd

презентация

Цифровая подстанция

[ подробнее ]

АО «Электронмаш»

презентация

Цифровые подстанции

1 Kомментарий

Это самый лучший материал для изучения цифровых подстанций. В отличие от других описаний, здесь приводится полное систематизированное представление об архитектуре ЦПС с указанием ссылок на стандарты СТО. Такой материал можно использовать обучающимися по направлению Электроэнергетика и электротехника.

Источник

Оцените статью
Adblock
detector