Цифровая подстанция


Статус статьи

Не проверено экспертами


Назначение

Областью применения цифровых подстанций являются электрические сети 220/110/35/10кВ. Развитие технологии цифровых подстанций преследует следующие цели:

1. Переход на цифровые (в основном – оптические) технологии съема информации и передачи команд управления:

  • возможность «замены на ходу» источника сигнала и тем самым – повышение надежности функционирования релейных защит;
  • увеличение быстродействия (не требуется защита «от дребезга», уменьшение времени срабатывания исполнительной части – за счет оптических IGBT-модулей, уменьшения времени выявления аварийного режима);
  • улучшение условий в части безопасного производства работ и электромагнитной совместимости (благодаря оптическим связям нет выноса потенциала с ОРУ).

2. Увеличение интеллектуальной составляющей в оборудовании ЦПС:

  • развитие средств и методов непрерывной диагностики (контроль деградации характеристик, контроль готовности к выполнению операций, контроль метрологических характеристик);
  • расширение количества функций, реализуемых в каждом терминале;
  • перенос части расчетно-диагностических задач в интерфейсные модули (Smart-IED).


Общие сведения

Цифровая подстанция (далее - ЦПС) - подстанция, оборудованная комплексом цифровых устройств (терминалов) для решения задач релейной защиты и автоматики (РЗА) и АСУТП — регистрации аварийных событий (РАС), учёта и контроля качества электроэнергии, телемеханики. Все оборудование общается между собой и центральным сервером объекта по последовательным каналам связи на единых протоколах.


Актуальность использования

Переход к передаче сигналов в цифровом виде на всех уровнях управления подстанцией позволит создать технологическую инфраструктуру для внедрения информационно-аналитических систем, снизить ошибки недоучета электроэнергии, уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты на обслуживание подстанции, а также повысить электромагнитную безопасность и надежность работы микропроцессорных устройств. Широкое применение во всем мире и в России при создании цифровых подстанций получил стандарт МЭК 61850 «Сети и системы связи на подстанциях» (далее – МЭК 61850), который описывает связь устройств на подстанции. Внедрение систем, удовлетворяющих этому стандарту, обеспечивает более высокую скорость и безопасность передачи информации, взаимозаменяемость отдельных компонентов системы, повышение надежности системы.


Эффекты от внедрения (использования)

Применение технологий «цифровой подстанции» дает следующие эффекты:

1. Уменьшение капитальных затрат:

  • уменьшение затрат на кабельную продукцию и кабельные сооружения;
  • уменьшение стоимости терминалов (унификация аппаратной части, замена модулей ввода на цифровые интерфейсы);
  • уменьшение площади земельных участков, необходимых для обустройства подстанции;
  • увеличение срока службы силового электрооборудования;
  • уменьшение затрат на проектирование, монтаж и пуско-наладку.

2. Уменьшение эксплуатационных затрат (на техобслуживание):

  • упрощение эксплуатации и обслуживания;
  • увеличение точности измерений и увеличение благодаря этому точности учета электроэнергии и точности определения места повреждения;
  • сокращение возможности появления дефектов типа «земля в сети постоянного тока»;
  • сокращение количества внезапных отказов основного электрооборудования и связанных с ними штрафов за недоотпуск электроэнергии и нарушений производственного цикла;
  • уменьшение количества сбоев, неправильной работы, отказов релейной защиты;
  • повышение алгоритмической надежности функционирования релейной защиты;
  • уменьшение потребления по цепям переменного тока и напряжения.

3. Производственный эффект:

  • новый тип оборудования повышает производительность труда, качественно увеличивает безопасность эксплуатации, уменьшается негативное воздействие на экологию, импортозамещение;
  • социальный эффект;
  • создание условий для качественного улучшения условий труда, новые рабочие места.


Принцип функционирования

К компонентам «цифровой подстанции» относятся:

  • цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения;
  • подстанционный координационный центр – программно–аппаратное ядро цифровой подстанции, координирующее основные информационные потоки в цифровой подстанции и автоматизирующее процессы принятия и реализации решений по управлению оборудованием подстанции;
  • основное электрооборудование (трансформаторы, выключатели, разъединители, комплектные распределительные устройства, оборудование щиты постоянного и переменного тока), оснащенное встроенными системами мониторинга и цифровыми интерфейсными модулями;
  • устройства (терминалы), реализующие функции релейной защиты и автоматики, противоаварийной автоматики, оперативного управления и др.
  • оборудование цифровых сетей, обеспечивающее весь информационный обмен, самодиагностику, синхронизацию и т.д.
  • оборудование средств связи, совместимое с протоколами цифрового обмена цифровой подстанции.

Цифровые измерительные трансформаторы, предназначены для:

  • измерения гармонических составляющих;
  • расширения динамического и частотного диапазона;
  • синхронности измерений;
  • снижения метрологических потерь;
  • повышение точности измерений (особенно при малых токах).

С помощью установки цифровых измерительных трансформаторов устранено влияние электромагнитных эффектов (влияние помех, остаточной намагниченности и т.д.). Подстанционный координирующий центр (ПКЦ) - программно–аппаратное ядро ЦПС, координирующее основные информационные потоки в ЦПС и автоматизирующее процессы принятия и реализации решений по управлению оборудованием ПС.

ПКЦ должен обеспечивать:

  • ведение актуализируемой модели технологических процессов подстанции, как основы для построения алгоритмов контроля, анализа, достоверизации информации и управления функционированием ПС;
  • работу подсистем анализа технологических ситуаций, в т.ч. поддержки процессов принятия решений по управлению в сложных / аварийных ситуациях на основе актуальной модели;
  • взаимодействие с центрами управления в качестве «представителя» ЦПС в высших уровнях иерархии управления в ЭЭС;
  • телеуправление оборудованием ЦПС с обеспечением контроля его возможности, допустимости и безопасности (с учетом реального состояния оборудования ПС), а также успешности выполнения команд управления.

Принципиальная схема цифровой подстанции отображена на рисунке 1.

ZP.jpg Рисунок 1. Принципиальная схема цифровой подстанции


Опыт применения

Цифровые подстанции используются в мире:

  • США TVABradley;
  • Испания AlcaladeHenares;
  • США - General Electric Bricks наподстанции AEP (American Elecric Power);
  • США - General Electric Bricks;
  • Великобритания Osbaldwick 400 кВ;
  • Цифровая подстанция: Китай.

Областью внедрения является полный контур оборудования подстанционного уровня объектов ЕНЭС. Разработчики:

  • ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС».
  • ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ».
  • ФГУП ВЭИ.
  • ЗАО ИТЦ Континуум.
  • Cisco.
  • ОАО «ПроСофт системы».
  • ФГУП ВНИИМС.
  • ЗАО «Профотек»


Ссылки


Архитектурные кейсы, связанные с технологией