Решения МЭК 61850 для автоматизации сетевых объектов (РП, РТП) распределительной сети

Выбор архитектуры для системы автоматизации объектов распределительных сетей – важный и ответственный этап, от которого в большой степени зависит направление развития технологий автоматизации и сетевого комплекса в целом. При автоматизации объектов распределительной сети, как правило, используется первая или вторая архитектура. Это связано с тем, что для указанных архитектур отработаны решения и наработан достаточный опыт проектирования строительства и эксплуатации. Данные архитектуры подразумевают создание фактически отдельных комплексов телемеханики и РЗА, что не позволяет получить полную «цифровую» картину процессов в сети электроснабжения.

Максимальный технологический и экономический эффект ожидается от применения архитектуры третьего типа. И в этом направлении тоже имеется достаточно изысканий. Сдерживающим фактором, препятствующим широкому внедрению систем с высоким уровнем автоматизации, является отсутствие практических наработок и относительно высокая стоимость систем АСУ архитектуры третьего типа.

Для внедрения в распределительных сетях высокоавтоматизированных комплексов третьей архитектуры, необходима отработка технических решений, анализ ошибок, поиск наиболее оптимальных технологий и методов реализации. Внедрение как можно большего количества таких объектов со временем позволит увеличить темпы «цифровизации» и обеспечит получение новых возможностей и реализацию новых функций.

В филиале «Новая Москва» ПАО «Россети Московский регион» реализован проект модернизации 61 распределительного пункта (РП, РТП), с установкой системы автоматизации по третьей архитектуре на базе оборудования ПТК TOPAZ производства ООО «ПиЭлСи Технолоджи». Модернизация началась в 2017-2018 гг. с реализации первых пилотных проектов и опробования технологий IEC 61850 в условиях подстанций среднего напряжения распределительных сетей. На данный момент накоплен значительный опыт эксплуатации. Достаточно большое количество объектов, различных по составу силового оборудования и режимам работы, позволяет наработать статистику работы таких АСУ.

В рамках модернизации 61 объектов стояла задача обкатки технологий организации шины процесса на объектах распределительной сети. При этом были опробованы варианты использования различных сред передачи данных. Ряд подстанций реализован с использованием Ethernet Fx (оптика), а ряд подстанций с применением Ethernet Тx (витая пара), применены также комбинированные решения. Разработаны оптимальные конфигурации преобразователей ПАС/ПДС, адаптированных для автоматизации присоединений распределительных подстанций.

Был выполнен ряд мероприятий, направленных на повышение устойчивости работы шины процесса. Высокие требования к системе передачи данных шины процесса, которые предъявляет использование протокола МЭК 61850-9.2 и протокола синхронизации времени PTPv2, были реализованы и прошли испытания в реальных условиях распределительных подстанций. В результате этой работы коммутатор для цифровой подстанции с поддержкой шины станции и шины процесса был признан победителем всероссийского конкурса инновационных проектов в сфере электроэнергетики «Энергопрорыв-2022».

Следует отметить, что все подстанции, модернизируемые в рамках данного проекта, не были новыми подстанциями. В состав проекта входили также объекты почтенного возраста с ячейками типа КСО-2УМз и масляными выключателями и неотапливаемыми помещениями РУ СН.

В процессе инсталляции и эксплуатации были произведены технологические доработки, а также разработаны варианты, адаптированные для различных типов КРУ СН. Одним из важнейших условий устойчивости функционирования высокоавтоматизированной подстанции является надежность работы системы синхронизации времени.

Архитектура, в которой шина процесса является надежным источником полного набора цифровых данных о состоянии оборудования и электрических параметрах сети, а функции интеллектуального электронного устройства (ИЭУ) выполняет высокопроизводительный контроллер промышленного исполнения, позволяет реализовать все необходимые функции РЗА. Функции реализуются в виде алгоритмов в ИЭУ, которые осуществляют соответствующую обработку цифровых потоков шины процесса.

Таким образом, система автоматизации на базе третьей архитектуры позволила реализовать следующие функции:

• функции РЗА, включающие в себя все необходимые типы защит для оборудования распределительной сети: ЛЗШ, МТЗ, УРОВ, АВР, прием сигналов ЗДЗ, ЗОЗЗ, АУВ. Все шинки «УРОВ», «ЛЗШ», «ЗДЗ», которые традиционно выполнялись цепями вторичной коммутации, в данной системе заменяются на логические связи в ИЭУ;
• функции телемеханики (ТМ) с высочайшей степенью информативности;
• подсистему контроля качества электроэнергии (ККЭ);
• подсистему аварийной регистрации событий (РАС);
• АИИС КУЭ.

Один из важнейших аспектов проекта – проверка возможности реализации системой АСУ такой архитектуры функций РЗА и регистрации авариных событий (РАС).

В рамках данного проекта проведена колоссальная работа, в рамках которой удалось добиться и подтвердить устойчивость функционирования системы синхронизации времени, АИИС КУЭ, РЗА, МИП, ПКЭ, РАС в условиях РП распределительных сетей.

Проект «Модернизация 61 РП 10 кВ филиала ПАО «Россети Московский регион» – «Новая Москва» по технологии высокоавтоматизированная (цифровая) подстанция с функциями РЗА, ССПИ, ПКЭ, АИИСКУЭ с организацией шины процесса МЭК 61850-9.2 шины станции МЭК 61850- 8.1 удостоен диплома первой степени на конкурсе «Цифровая энергия» в номинации «Лучшие реализованные проекты, позволяющие изменить технологические процессы в энергетике».

Все функции РЗА на модернизируемых объектах дублировались, поскольку существующее силовое оборудование было оснащено средствами РЗА традиционного исполнения. Накопив существенный опыт, инициативная группа ПАО «Россети Московский регион», совместно с ООО «ПиЭлСи Технолоджи» готова предложить решение создания высокоавтоматизированного распределительного пункта.

В соответствии с наработками, полученными в ходе монтажных и наладочных работ, а также в соответствии с рекомендациями эксплуатирующего персонала разработано принципиально новое исполнение ИЭУ, разработанное с учетом накопленного опыта и адаптированное для работы в шине процесса на распределительных подстанциях. Новое устройство обладает большей вычислительной мощностью и оснащено встроенным пользовательским интерфейсом. Устройство выдержало аттестационные испытания на соответствие требованиям ПАО «Россети», предъявляемым к устройствам РЗА.

Предлагаемое решение предполагает использование одного интеллектуального электронного устройства (ИЭУ) TOPAZ DRP-35, которые выполняют функции РЗА всех присоединений. Для достижения высокого уровня надежности, устройство может дублироваться.

ИУЭ обеспечиваем прием и обработку всех цифровых потоков шины процесса и реализацию следующих функций:

• расчет среднеквадратичных значений (RMS) электрических величин (сила тока нагрузки, напряжение, мощность) и формирование сигналов ТИ для нужд диспетчеризации (функция МИП телемеханики);
• обработка GOOSE и MMS-сообщений от всех ПДС и формирование ТС для нужд диспетчеризации (функция телемеханики);
• обработка цифровых потоков SV, GOOSE и MMS-сообщений в соответствии с алгоритмами РЗА и реализация функций РЗА, включая ЛЗШ, МТЗ, УРОВ, АВР, при этом все шины «УРОВ», «ЛЗШ», «ЗДЗ», которые традиционно выполнялись цепями вторичной коммутации, теперь заменяются на логические связи в ИЭУ;
• обработка цифровых потоков SV, GOOSE и MMS-сообщений для реализации функций регистрации аварийных событий. Устройство формирует тренды в формате Comtrade 2013.
• обработка цифровых потоков SV шины процесса с целью реализации функций контроля качества электрической энергии (ККЭ).

Неоспоримое преимущество данного решения – наличие возможности дальнейшего наращивания функционала без реконструкции системы. Поскольку все функции системы реализованы в виде соответствующих алгоритмов, исполняемых ИЭУ, для реализации дополнительных функций необходимо описать соответствующий алгоритм и добавить в ИУЭ в виде исполнительного файла.

Сопряжение первичного силового оборудования подстанции (ТТ, ТН, ячейка РП) с шиной процесса выполняют устройства TOPAZ MU соответствующей конфигурации. В частности, для присоединения к шине процесса присоединения (Ввод или отходящая линия) может применяться устройство имеющее 8 каналов тока/ напряжения, 16 дискретных входа и 4 дискретных выхода. TOPAZ MU формирует поток данных в соответствии с МЭК 61850-9.2 (Sampled Values) с частотой, задаваемой при настройке устройства в зависимости от требуемых функций. Также устройство формирует GOOSE и MMS-сообщения и принимает команды управления в соответствии с МЭК 61850-8.1 и формирует управляющие воздействия на приводные механизмы коммутационных аппаратов.

Передача SV-потоков, GOOSE и сообщений осуществляется одновременно через две независимые сети (шина процесса) с использованием протокола резервирования PRP. Шина процесса строится из двух управляемых коммутаторов, установленных в двух разных шкафах РЗА.

Для обеспечения функций диспетчеризации (телемеханики), предусматривается коммуникационный сервер с возможностью подключения к каналообразующему оборудованию для присоединения к технологической сети, а также с возможностью организации беспроводных каналов передачи данных на вышестоящие уровни с использованием услуг, предоставляемых операторами сотовой связи и технологий GSM/GPRS, VPN-Internet, APN и других. Коммуникационный сервер осуществляет обмен данными с оборудованием вышестоящего уровня по протоколам МЭК 60870-5-104 или МЭК 61850-8.1 (MMS).

Для организации оперативного питания всех систем в каждом шкафу РЗА предусмотрена своя система гарантированного питания, включающая аккумуляторную батарею, преобразователь напряжения и панель распределения питания.

В предлагаемом решении компания использует цифровое оборудование, произведенное в России и имеющее аттестацию ПАО «Россети». Сетевые коммутаторы разработаны в соответствии с текущими требованиями информационной безопасности. Используемое оборудование включено в Реестр промышленной продукции, произведенной на территории Российской Федерации. Такой подход позволяет исключить применение оборудования из недружественных стран на объектах критической инфраструктуры и отсутствия гарантийных и сервисных обязательств при «серых» поставках оборудования.

Данное решение по комплексной автоматизации распределительного пункта экономически сопоставимо с традиционным подходом телемеханизации РП с установкой МП защит, при этом закладывает прочную базу для дальнейшей интеграции данного РП в цифровой РЭС с работой алгоритмов определения повреждения, автоматического восстановления сети и других видов автоматического управления. Решение обладает высокой заводской готовностью, сокращает объем наладочных работ на этапе строительства и объем обслуживания на этапе эксплуатации, легко масштабируется и тиражируется, при этом предоставляя функциональную гибкость.