Высокоавтоматизированная подстанция

ООО «ПиЭлСи Технолоджи» активно занимается разработкой и производством оборудования для высокоавтоматизированных подстанций (ВАПС). В ходе продолжительной работы нами было создано собственное видение концепции ВАПС, а также разработана линейка оборудования и ПО для построения ВАПС, позволяющая внедрять технологии ВАПС на оборудовании одного вендера под ключ.

Кластерная архитектура ВАПС

На наш взгляд наиболее высокими технико-экономическими показателями обладают системы защиты и управления ВАПС, построенные по кластерной архитектуре. Во многих случаях данная архитектуру позволяет получить снижение CAPEX и OPEX относительно традиционных систем защиты и управления.

Цифровой кластер – это сегмент ВАПС для которого характерно объединение определенного набора функций в виде программно – реализованных цифровых устройств (IED), запускаемых на общей аппаратной платформе с необходимой степенью резервирования. В цифровой кластер могут быть объединены как несколько присоединений, например, секция шин для выполнения функций РЗА и АСУ ТП, так и подстанция целиком, для выполнения определенной функции, например, РАС, ПКЭ, АСКУЭ и т.д. При этом различные кластеры могут использовать в качестве источника данных одни и те же устройства ПАС (преобразователь аналоговых сигналов), ПДС (преобразователь дискретных сигналов), или цифровые ТТ, ТН и коммутационные аппараты.

Цифровой кластер строится на базе универсальных вычислительных платформ (сервер доступа к данным):

TOPAZ IEC DAS MX 240

TOPAZ IEC DAS MX 681

TOPAZ IEC DAS MX 820

Каждый кластер образован программно-техническим комплексом TOPAZ iSAS® (Intelligent Substation Automation Systems). ПТК TOPAZ iSAS® представляет собой универсальный вычислительный модуль, предназначенный для эксплуатации в условиях подстанции и выполняющий функции автоматизации и защиты посредством специализированного программного обеспечения. Т.е. функции РЗА, МИП, Учета, ККЭ, РАС и др. реализованы в TOPAZ iSAS® в виде программных приложений в соответствии с информационной моделью МЭК 61850, а вычислительная платформа для них выбирается исходя из качественного и количественного состава функций

Реализация управления подстанцией ПТК TOPAZ iSAS

Перечень алгоритмических программных приложений для реализации функций защиты и управления подстанцией, входящих в состав ПТК TOPAZ iSAS:

• РЗА подстанционного оборудования 6-35 кВ
• подстанционного оборудования 110-220 кВ
• Управление присоединением 6-220 кВ
• МИП – измерение электрических параметров
• Регистрация аварийных событий
• Измерение, регистрация, контроль ПКЭ
• Учет электроэнергии

 Пример структурной схемы ВАПС, построенной по кластерной архитектуре.

Для построения цифровой шины процесса, необходимо первичное оборудование (измерительные трансформаторы, коммутационные аппараты и т.д.) интегрировать в цифровую сеть. Для этого применяются устройства ПАС (преобразователь аналоговых сигналов) и ПДС (преобразователь дискретных сигналов)

В качестве устройств ПАС, для сопряжения существующих измерительных ТТ и ТН с шиной МЭК 61850-9-2, применяются устройства TOPAZ MU, которые реализуют цифровой интерфейс измерительных трансформаторов в соответствии с IEC61869, части 9 и 13.

Линейка ПАС TOPAZ MU имеет большое количество модификаций по комбинациям аналоговых входов для подключения к измерительным и защитным кернам ТТ и к вторичным обмоткам ТН

Устройство сопряжения с шиной процесса TOPAZ MU

В качестве устройств ПДС применяются модули дискретного ввода/вывода TOPAZ с поддержкой обмена информацией о состоянии коммутационных аппаратов и командами на их управление в соответствии с МЭК 61850-8-1 (GOOSE). 

Устройства ПАС и ПДС TOPAZ имеют широкий набор коммуникационных возможностей таких как различное количество медных или оптических портов Ethernet, поддержки протокола параллельного резервирования PRP, возможности синхронизации по сигналам 1PPS или IEEE 1588v2(PTP).

Сетевое оборудование

Отличительный признак ВАПС – наличие цифровой шины процесса, образованной сетевыми коммутаторами. ООО «ПиЭлСи Технолоджи» для построения шины подстанции и шины процесса разработала линейку управляемых коммутаторов серии TOPAZ SW5хх. Из ключевых особенностей, важных для реализации шины процесса стоит отметить поддержку PTPv2 «Прозрачные часы» / «Граничные часы» и тегирование трафика VLAN IEEE 802.1Q.

Синхронизация времени

Все устройства сопряжения с шиной процесса должны быть жестко синхронизированы между собой по времени. Это необходимо для корректной обработки дискретных событий, но особенно временная синхронизация важна между устройствами MU, т.к. рассинхронизация устройств будет выражаться в наличии ложного фазового сдвига между кривыми тока и напряжения, полученными от разных устройств MU, что может привести к ложным срабатываниям РЗА, увеличению погрешности при измерении мощности и энергии, искажению информации при записи аварийных осциллограмм и т.д. Рассинхронизация двух устройств MU в 1мкс выражается в ложном фазовом сдвиге в 1,08 угловых минуты.

Для синхронизации устройств на подстанции ООО «ПиЭлСи Технолоджи» разработало Устройство синхронизации времени TOPAZ Метроном PTS. Данное устройство поддерживает протоколы синхронизации времени NTP, SNTP, PTPv2, протоколы резервирования RSTP, PRP, HSR, имеет оптический и медный выходы 1PPS. Точность синхронизации формируемой шкалы времени с шкалой времени UTC составляет ±200 нс.

Преимущества технологии ВАПС

ВАПС, построенная по кластерной архитектуре, позволяет получить ряд качественных преимуществ относительно классических систем:

• Повышение надежности (резервирование критических функций)
• Снижение СAPEX и OPEX (Применение технологий ВАПС превращает Терминалы РЗА, Контроллеры присоединений, Измерительные приборы, Регистраторы и др. вторичное оборудование в алгоритмы (программные приложения)
• Простота и дешевизна расширения систем (Увеличение количества и качества функций защиты и управления происходит не увеличением объема оборудования, за счет увеличения функциональных программных компонентов)
• Повышение уровня диагностируемости оборудования
• Снижение габаритных размеров ОПУ и ПС в целом
• Возможность применения нетрадиционных измерительных датчиков
• Глубокая автоматизация процессов проектирования и наладки вторичных систем