В современной технике явно просматривается упор на цифровые технологии. Различные системы приобретают возможность дистанционного управления и могут обмениваться данными между собой. Взять, к примеру, «умный дом».
Про умный дом я не раз рассказывал на блоге, вот недавний пример про поддержание температуры в доме с использованием Wi-Fi, приложения в телефоне и облачного хранилища.
Однако, для таких важных объектов, как подстанции, цифровизация открывает как большие возможности, так и большие риски. Направление находится на пике технологий и постоянно развивается, поэтому разобраться во всех особенностях могут только специалисты, обладающие полными знаниями в разных областях.
Давайте разберемся и мы.
Есть что дополнить? Буду благодарен комментариям.
Содержание статьи:
Как устроена подстанция?
Перед тем как начать разбираться в том, что же такое цифровая подстанция (ЦПС), предлагаю ознакомиться с тем, из каких основных элементов состоит электрическая трансформаторная подстанция переменного тока, и какие системы там имеются. Так как эта тема очень объёмная, рассказывать буду в общих чертах.
Есть такое мнение: Подстанция-это ТРАНСФОРМАТОР. Цифровую подстанцию изобретут сразу после изобретения цифрового трансформатора. А пока-игра модных слов.
ПС 110 кВ
Сердцем подстанции является силовой трансформатор, который преобразовывает переменный электрический ток одного напряжения в другое. Различают понижающие и повышающие подстанции.
Высоковольтный силовой трансформатор
Разумеется, для работы трансформатору нужна электрическая энергия, которая поступает через распределительное устройство. РУ предназначено для приёма и распределения электроэнергии и содержит различные коммутационные аппараты, шины, трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, системы защиты, системы учёта, регулирующие устройства и различные вспомогательные системы.
Также посредством РУ преобразованное напряжение от трансформатора поступает на отходящие линии. Различают открытые (ОРУ) и закрытые (ЗРУ) распределительные устройства.
Открытое распределительное устройство на ПС (ОРУ)
Недавно в ВК СамЭлектрик.ру был пост на эту тему)))
ВРУ или ОРУ
Оборудование ОРУ расположено на открытом воздухе, а оборудование ЗРУ, как уже стало понятно из названия, расположено в здании.
Как работает релейная защита?
Для быстрого определения и отключения повреждённых участков электроустановки применяется релейная защита и автоматика (РЗА). Если говорить в общих чертах, то схема работы выглядит следующим образом.
Схема работы Релейной Защиты и Автоматики
Забегая вперёд: основное отличие цифровой ПС от «обычной» – элементная база РЗА, цифровая связь между элементами (в том числе через ВОЛС), а также отсутствие оперативного персонала.
Релейная защита осуществляет постоянный контроль определённого участка. Для этого сигналы от трансформаторов тока (ТТ) и трансформаторов напряжения (ТН) поступают на измерительные органы. Применение ТТ и ТН позволяет снизить напряжение и производить постоянное измерение параметров.
При превышении контролируемой величиной границ установленного диапазона (уставки), срабатывает реле и переключает контакты, запуская определённый алгоритм. В результате этих действий логическая часть даёт команду на определённый коммутационный аппарат, тем самым предотвращая развитие аварии.
Панели сигнализации и защит с электромеханическими реле. Прошлый век
Для индикации срабатывания определённой защиты служит указательное реле, а также звуковая и световая сигнализация.
В качестве примера РЗА рассмотрим работу максимальной токовой защиты (МТЗ) на отходящей линии в сети с изолированной нейтралью, с односторонним питанием.
Работа МТЗ (максимальной токовой защиты)
При коротком замыкании на такой линии (на рисунке она обозначена точкой К1) сила тока, проходящего по линии возрастёт и достигнет значений уставки.
При этом через реле П/ст.1 и П/ст.2 будет проходить одинаковый ток Iк, тем самым запуская алгоритм действий защит на П/ст.1 и П/ст.2. Однако, на П/ст. 1 уставка выдержки времени t1 будет меньше, чем на уставке t2 на П/ст.2. Таким образом, РЗА на П/ст. 1 сработает раньше и отключит повреждённый участок линии.
В данном случае селективность релейной защиты обеспечивается уставкой выдержки времени. Если же, по каким-либо причинам, отключения выключателя на П/ст.1 не произойдёт, то отключится выключатель на П/ст.2. Таким образом, обеспечивается резервирование защиты.
РЗА на контроллерах
Существующие виды защит, могут быть реализованы как на реле, так и на микроконтроллерах. Такие устройства в настоящее время являются следующим этапом в развитии защит и позволяют реализовать в одном устройстве дополнительные функции и режимы.
Терминал РЗА Сириус-Т
Как видно на фото, один терминал может заменить несколько панелей РЗА, выполняя функции дифференциальной защиты трансформатора, максимальной токовой защиты, устройства резервирования при отказе выключателя, газовой защиты трансформатора и РПН. При этом на ЖК-экране отображаются параметры срабатывания защит, а также может храниться история срабатывания.
Кроме вышеописанных функций, применение современных решений позволяет выполнять самодиагностику терминала, а по уровню чувствительности, надёжности и быстродействию устройства на микроконтроллерах значительно превосходят электромеханические реле.
Обратной стороной медали является необходимость полной замены терминала даже при сравнительно небольших неисправностях. Напомню, что при появлении неисправности в схемах защит с электромеханическими реле, неисправное устройство можно просто заменить. Также, микропроцессорные устройства защиты отличаются более высокой стоимостью.
Учёт электроэнергии
Одной из важных функций любой подстанции является учёт электроэнергии. Сейчас встретить индукционные электросчётчики уже трудно. На подстанциях применяются современные электронные счётчики. При этом приборы могут работать как автономно, так и объединяться в систему (АИИС КУЭ – автоматизированная информационно-измерительная система учёта энергоресурсов).
Чем цифровая подстанция отличается от обычной подстанции?
Даже наличие современных микропроцессорных устройств РЗА и электронных приборов учёта электрической энергии не делает обычную подстанцию цифровой подстанцией. Ведь для обслуживания такой подстанции требуется оперативный персонал.
Чтобы понять, что же такое цифровая подстанция, обратимся к стандарту ПАО «Россети» СТО 34.01-21-004-2019. Определение дано в пункте 3.27. Цифровая подстанция: Автоматизированная подстанция, оснащенная взаимодействующими в режиме единого времени цифровыми информационными и управляющими системами и функционирующая без присутствия постоянного дежурного персонала.
Цифровая ПС
ЦПС отличает высокая степень автоматизации и наличие информационных и управляющих систем, объединённых в одну сеть. Все процессы обмена информацией и управления работой отдельных элементов ЦПС производятся в цифровом виде на основе универсального стандарта МЭК-61850.
Структура ЦПС (цифровой подстанции)
Для перевода аналоговых сигналов, получаемых от оборудования, например, от трансформаторов тока, в цифровую форму используют специальные преобразователи — устройства сопряжения с объектом. Также могут применяться и оптические датчики тока и напряжения, передающие данные в цифровом виде.
Данные от таких датчиков по волоконно-оптическим линиям передаются на коммутаторы, которые в свою очередь, передают информацию в центр управления сетями (ЦУС) или в региональное диспетчерское управление (РДУ), а также на сервер обработки данных. Также через коммутаторы могут передаваться команды управления оборудованием и для изменения уставок защит.
Однако, наряду с цифровыми системами на ЦПС могут применяться в качестве резервных и классические аналоговые системы. В качестве примера можно упомянуть одну из первых цифровых подстанций в России и первую в Сибири — ПС 110/10 кВ имени М. П. Сморгунова. Она была введена в строй 22.12.2017.
ПС 110 кВ имени М. П. Сморгунова
Внедрение ЦПС позволяет решить вопросы наблюдаемости всех параметров работы оборудования и систем, обеспечить управляемость процессами в режиме реального времени. Кроме того, надёжность работы систем обеспечивается функцией самодиагностики.
Оперативно-диспетчерское управление
Сама по себе цифровая подстанция, хоть и является высокоавтоматизированным энергообъектом, всё же нуждается в удалённом управлении. Без современного центра управления сетями (ЦУС) внедрение ЦПС не имеет смысла. Поэтому наряду с вводом новых ЦПС, должны модернизироваться ЦУСы. Переходной период, как всегда, будет самым сложным – нужна одновременная работа со всеми видами ПС, а это означает повышенную нагрузку на персонал.
В качестве примера можно привести запуск в работу 1 марта 2023 года двух цифровых подстанций 110 кВ – Витебская и Морская в Санкт-Петербурге. Также был запущен в работу новый ЦУС, который на данный момент является самым передовым в России.
Центр управления сетями (ЦУС) Ленэнерго
ЦПС в мире
Первой ласточкой в деле повсеместного внедрения ЦПС стал запуск в 2008 году ПС TVA Bradley 500 кВ в США. Этот проект рассматривался как проверка на практике решений и совместимости компонентов от различных производителей, с учётом требований стандарта МЭК 61850.
По результатам эксплуатации ЦПС были сделаны выводы о необходимости совершенствования систем тестирования на совместимость отдельных устройств. Выявилась неожиданная проблема – хотя формально устройства и соответствовали стандартам, на практике выяснилось, что разные производители трактовали их требования по-своему.
В следующем, 2009 году, была запущена ЦПС Alcala de Henares в столице Испании — Мадриде. При её строительстве был учтён опыт американских коллег. Особенностью этой ЦПС стало применение устройств сопряжения с коммутационными аппаратами, данные от которых передавались при помощи волоконно-оптической связи на коммутатор.
Однако, занять лидирующие позиции в мире сумела КНР, благодаря вводу в эксплуатацию уже в 2009 году целых 70 ЦПС. К концу 2013 года, количество цифровых ПС достигло 893. Кроме того, в этих подстанциях применялась только продукция местных производителей.
Китайский терминал РЗА
Оборудование подстанции JINGUYUAN в КНР
Минусы цифровых подстанций
К сожалению, пока в полной мере не решены вопросы стандартизации таких ПС. Каждая крупная сетевая организация (не говоря о странах) имеет своё понимание подобных систем и свои особенности, касающиеся технологий, местных стандартов и систем распределения электроэнергии. А это накладывает ограничения на разработку и внедрение новых ЦПС – ведь фактически каждую ЦПС нужно проектировать с нуля.
Кроме того, крайне важен вопрос подготовки оперативного и ремонтного персонала, а также ремонтопригодности и взаимозаменяемости компонентов ЦПС.
Немаловажно то, что перевод на автоматизированное телеуправление повышает риски кибербезопасности. Ведь взлом сетей управления ЦПС может стать целью хакеров, а там и до блэкаута недалеко.
Если реально смотреть в будущее, современная политическая обстановка требует применения отечественных решений как в программной, так и в аппаратной части ЦПС. Если Россия сможет в полной мере решить вопросы импортозамещения и поставок высокотехнологичного оборудования, в перспективе нас ждет повсеместное развитие ЦПС.
Заключение
Нужно отметить, что цифровизация не должна быть конечной целью, ведь это непрерывный процесс совершенствования как программной, так и аппаратной составляющей.
Широкое внедрение ЦПС позволит также решить задачи по выявлению различных закономерностей потребления и генерации электроэнергии с использованием систем Big Data. В конечном итоге, это снизит затраты на производство и передачу электроэнергии, а также повысит надёжность электроснабжения.
Статья впервые опубликована в бумажном журнале “Электротехнический рынок” и на портале Элек.ру: Цифровые подстанции: выгоды и риски.
Комментарий читателя на Дзене к этой статье
Кароч- кто то захотел в цифровизацию поиграться,либо бабла попилить не по децки. Скажите,а вот нафига нужны все эти высокие технологии,если у них устойчивость к нештатным ситуациям ниже,чем у человека? Обозначенный в статье хакинг- взлом сети и привет. По нынешним временам очень актуально. Чувак,которому не жить не быть надо вот тута яму выкопать и нанятый за условный ” пузырь” экскаваторщик очень легко и непринужденно решают проблему удаленного контроля и управления из центральной диспетчерской. В виде полного отсутствия,ага .
Любая нештатная ситуация,даже по мелкой мелочи- и вот уже ” цифровая” подстанция отключилась и ждёт прибытия тех,кто эту проблему устранит. А проблемка то может и выеденного яйца не стоить и с ней играючи справился бы оперативный персонал,при наличии оного. Ну и ещё…стоимость. что то мне подсказывает,что стоимость всей этой цифровизацию,с учётом того,что эту “цифру” надо и обслуживать,и ремонтировать,при чем специально обученным персоналом- оно не дороже ли станет,чем иметь персонал на подстанции?
В общем….не надо усложнять то,без чего можно вполне обойтись….а самодиагностика ….возьмём БК авто и сканер- при определенных неисправностях там такой список проблем эта самодиагностика выдает,что не знаешь,за что хвататься:). Ибо список по всем системам. И в итоге выяснение причины сводится к принципу ” вскрытие покажет”. Так и на ” цифровой” подстанции- шанс,что приехавшие устранять проблему очень сильно удивятся этой ” самодиагностике” и будут недобрым словом вспоминать того,кто это все придумал очень не иллюзорен.
P.S. вчерась проста километров отмахал по экстренному вызову- освещение в магазе не включилось. Ага,там ” умный магазин”- тоже кто то в Екб имеет возможность знать,когда свет включается и выключается в магазе,находящемся в поселке Пермского края. И даже удаленно настраивать. Таки вот- чего стоит вся эта отнюдь не дешёвая лабуда,если контактор от фирмы АВВ,на которую тру- электрики слюнями исходят,просто подклинил и не включился? Не,оно,конечно,было достаточно один раз тюкнуть по нему ручкой отвёртки….но магаз без света простоял час:). Контактору три года весной будет,включается и выключается раз в сутки- далеко до исчерпания означенного производителем ресурса. И по нагрузке двойной запас- это, чтоб лишних вопросов не появлялось счёт не правильной эксплуатации:)
Ещё комменты к статье про ЦП
Какая нахрен ЦП в России? Интересно каков % износа трансформаторного парка в среднем по РФ. У региональных АО -энерго(бывших) нет средств на замену единичных трансформаторов а когда износ приблизится к 100% и их выходы из строя приобретут массовый лавинообразный характер?
ЦПС это мёртвая подстанция, человек никогда такого не придумал бы. Подстанция на эл. механике придуманна человеком, по образу и подобию своего мышления и восприятия. А ЦПС придумана по образу и подобию мышления и восприятия не человека. Это как круг и квадрат. Человек спокойно может нарисовать, видеть, понимать, что такое круг, а компьютер не понимает, что такое круг и не может его нарисовать.
«Если реально смотреть в будущее, современная политическая обстановка требует применения отечественных решений как в программной, так и в аппаратной части ЦПС. Если Россия сможет в полной мере решить вопросы импортозамещения и поставок высокотехнологичного оборудования, в перспективе нас ждет повсеместное развитие ЦПС»
Если реально смотреть в будущее, то все возможные компьютерные сети ежедневно взламываются какими там не будь балбесами, часто просто ради спортивного интереса. А последствия могут быть очень печальными и масштабными.
Потому и никаких ЦПС у нас в России и не планируется в ближайшее время.
А что там за передовой опыт по внедрению ЦПС в Америке? У них там и поезда регулярно в последнее время с рельсов сходят, так что Америка в плане внедрения ЦПС прямо скажем не совсем удачный пример для подражания)
Фотография “Панели сигнализации и защит с электромеханическими реле. Прошлый век” – это с Чебоксарской ГЭС.😎😎😎 Но таких панелей практически уже не осталось.
Чтобы объяснить это на пальцах,пальцы тоже должны быть цифровыми,ато не поймут.
Осциллограмма видит 49.9 Гц и промодулирована цифрой, Чтоб увидеть на экране осциллографа. то просто видим синусоиду и теперь увеличиваем в (500) раз и видим на этой синусоиде сигнал в цифре (фото). Для меня это новшество. но видел систему, просто управление защиты уже цифре, при обрыве или короткого замыкания, происходит отключения, а не как ранее взводили в ручном режиме включения. возводя пружину на шестёрке и с таким грохотом включалась и выключалась. А переменное напряжение как шло к домам 50Гц. так и идёт, только мы не видим.
Система ВЧ связи по ЛЭП,существует на всех электро подстанциях.Но это не означает что подстанция цифровая.Слушать переговоры по ЛЭП,можно на длинноволновой диапазоне приемника,на расстоянии нескольких сот метров от ЛЭП.
Интересно, кто это писал, какой специалист? Когда объясняют “на пальцах”, то пишут проще, человеческим понятным языком. Какая-то косноязычная компиляция получилась. И вроде похоже на техническую информацию, и вроде явных ошибок нет, а читать ужасно тяжело знающему человеку.
Это привидение. Все слышали, но ни кто не видел. На подстанции главным были и остаётся то, что мой преподаватель по электрическим машинам (великий человек) называл соединением меди с железом – трансформатор и другое высоковольтное оборудование. А уж чем всё это управляется, глубоко фиолетово. Хоть контакторами, хоть симатиком седьмым, хоть девятым интелом. Но попилить можно, и не хило.
Как видите, прогнозы и отзывы о цифровых подстанциях не очень лестные.
А что вы думаете? Пишите в комментариях!
(Пока оценок нет)
Загрузка...
