Универсальное решение для цифровизации подстанций и распределительных сетей

В 2018 году компания «Россети» утвердила концепцию «Цифровая трансформация 2030». Одной из основных задач данной концепции является повышение эффективности электросетей. Для этого необходимо использовать новые программно-технические решения, обеспечивающие снижение полной стоимости владения по сравнению с традиционными, а также простоту эксплуатации, повышение функциональности, надежности и безопасности.

В соответствии с данными требованиями, нормативными документами и общим вектором цифровизации электрических сетей, нашей компанией был разработан и аттестован программно-технический комплекс (ПТК) АСУ ТП / ССПИ / ТМ «ИНБРЭС».

ПТК «ИНБРЭС» предназначен для построения систем автоматизированного управления технологическими процессами, систем сбора и передачи информации электрических подстанций 35‑750 кВ, телемеханики подстанций 6‑35 кВ, трансформаторных и распределительных пунктов 6‑20 кВ, с поддержкой различных архитектур цифровой подстанции (ЦПС).

В состав ПТК входят следующие основные компоненты:

• контроллеры многофункциональные серии «ИНБРЭС» (преобразователь дискретных сигналов (ПДС), контроллер присоединения (КП), устройство сопряжения с объектом (УСО);

• шкаф серверного оборудования ИНБРЭС-ШСО, в том числе:

SCADA «ИНБРЭС»;

Контроллер телемеханики ИНБРЭС-КТМ;

• шкаф телемеханики ИНБРЭС-ШТМ;

• шкаф сетевых коммутаторов ИНБРЭС-ШСК.

Основные применяемые конфигурации ПТК в зависимости от класса напряжения и типа системы:

1) АСУ ТП ПС 220‑750 кВ;

2) ССПИ ПС 220‑750 кВ;

3) АСУ ТП ПС 35‑110 кВ;

4) ССПИ ПС 35‑110 кВ;

5) ССПИ / ТМ ПС 6‑35 кВ;

6) ТМ РП / РТП 6‑20 кВ;

7) ТМ ТП 6‑20 кВ;

8) Прочие: оперативная блокировка разъединителей (ОБР), система мониторинга РЗА (СМ РЗА), ССПИ ОМП / РАС, и др.

В зависимости от типа системы (АСУ ТП / ССПИ / ТМ) и класса напряжения ПТК может включать в себя:

• Полевой уровень – все устройства, которые непосредственно связаны с объектом управления:

Элементы ПТК «ИНБРЭС»:

▪ Полевые преобразователи для дискретных сигналов ИНБРЭС-ПП-Д (с обменом по МЭК 61850‑8‑1), устанавливаемые в шкафах наружного исполнения (на ОРУ) в непосредственной близости от первичного оборудования;

Внешние элементы:

▪ Датчики (первичные преобразователи) для сбора информации о ходе технологического процесса, не входящие в комплект основного оборудования ПТК;

▪ Сетевые средства шины процесса;

• Уровень присоединения включает в себя:

Элементы ПТК «ИНБРЭС»:

▪ Контроллеры одного, двух и более присоединений: ИНБРЭС-КПx-СВН, ИНБРЭС-КПx-ВН (см. рис.1);

▪ Контроллеры многофункциональные: ИНБРЭС-КМ-В, ИНБРЭС-КМ-ВБ, ИНБРЭС-КМ-Б;

▪ Контроллеры / УСО для сбора общеподстанционных сигналов: ИНБРЭС-КПГ-ПС;

▪ Контроллеры ячеек РУ 6‑35 кВ: ИНБРЭС-КПx-СН;

Внешние элементы:

▪ терминалы с функциями АУВ и КП 110-220кВ Бреслер-0107.603;

▪ терминалы с функциями РЗА и КП 6-35кВ, Бреслер-0107.200. K;

▪ Цифровые измерительные преобразователи;

▪ Интегрируемые, на информационном уровне, устройства смежных систем (РЗА, ПА, РАС, ОМП и др.)

• Подстанционный уровень образуют устройства сбора концентрации, обработки, передачи и централизованного хранения информации, синхронизации компонентов системы, в который входят:

Элементы ПТК «ИНБРЭС»:

▪ Устройства сбора и централизованного хранения информации – шкафы серверов системы ИНБРЭС-ШСО с лицензионным ПО «ИНБРЭС» (см. пример мнемосхемы на рис. 2);

▪ Средства представления, контроля информации и оперативного управления – АРМ оперативного персонала, АРМ инженера РЗА / АСУТП с лицензионным ПО «ИНБРЭС» (клиент);

▪ Сетевое оборудование (станционная шина) и оборудования связи – шкаф сетевых коммутаторов ИНБРЭС-ШСК;

▪ Оборудование, обеспечивающее передачу информации в диспетчерские центры – станционные контроллеры телемеханики: ИНБРЭС-КТМ;

Внешние элементы:

▪ Преобразователи интерфейсов и среды передачи данных, конвертеры протоколов;

▪ Оборудование системы единого времени, обеспечивающее синхронизацию компонентов ПТК – приемники GPS / ГЛОНАСС, сервер точного времени;

▪ Системы гарантированного питания ПТК;

▪ Лазерный принтер для распечатки ведомостей, отчетов, осциллограмм, графиков, схем.

ПТК «ИНБРЭС» обладает рядом расширенных функций, выгодно отличающих его от аналогичных комплексов, таких, как:

• Реализация типовых решений ПАО «ФСК ЕЭС» и корпоративного профиля МЭК 61850;

• Передача данных с энергообъекта в центры управления сетями по протоколу МЭК 61850‑90‑2;

• Резервирование ПДС и КП уровня ОРУ;

• Передача GOOSE различных форматов, в том числе и с меткой времени;

• Клиент МЭК 61850‑8‑1 в КП, в том числе в режиме прокси;

• Резервирование локальной вычислительной сети: PRP, HSR, RSTP;

• Точная синхронизация (в зависимости от типа ПТК): SNTP (1 мс), PTP (1 мкс), PPS (100нс);

• Телеуправление с арбитражем по требованиям ПАО «ФСК ЕЭС» и АО «СО ЕЭС»;

• Оперативное управление функциями релейной защиты и автоматики (РЗА) и противоаварийной автоматики (ПА);

• Интеграция терминалов определения места повреждения и регистраторов аварийных сигналов;

• Автоматизированный анализ осциллограмм от разных устройств;

• Автоматические бланки переключения;

• Ручной ввод на уровнях КП, контроллера телемеханики (КТМ), SCADA;

• Переносные заземления, расшиновки;

• Тренажер на базе встроенных средств SCADA;

• Контроль ресурса коммутационных аппаратов.

В соответствие с типовыми требованиями ПАО «Россети» и ПАО «ФСК ЕЭС», ПТК цифровой подстанции может строиться в соответствии с различными типами архитектур:

• Архитектура ЦПС I типа:

обмен информацией между ИЭУ осуществляется преимущественно дискретными и аналоговыми электрическими сигналами, передаваемыми по контрольному кабелю;

информационный обмен с верхним уровнем ПС осуществляется цифровыми сигналами с использованием стандартного протокола МЭК 61850‑8‑1 MMS;

• Архитектура ЦПС II типа:

обмен дискретными сигналами между ИЭУ осуществляется при помощи объектно-ориентированных сообщений с использованием стандартного протокола МЭК 61850‑8‑1 GOOSE;

передача аналоговых сигналов от измерительных устройств выполняется по контрольному кабелю;

информационный обмен с верхним уровнем ПС осуществляется цифровыми сигналами с использованием стандартного протокола МЭК 61850‑8‑1 MMS;

• Архитектура ЦПС III типа:

обмен дискретными сигналами между ИЭУ осуществляется при помощи объектно-ориентированных сообщений с использованием стандартного протокола МЭК 61850‑8‑1 GOOSE;

передача аналоговых сигналов от измерительных устройств выполняется в цифровом виде с использованием стандартного протокола МЭК 61850‑9‑2 SV;

информационный обмен с верхним уровнем ПС осуществляется цифровыми сигналами с использованием стандартного протокола МЭК 61850‑8‑1 MMS.

Для наглядности рассмотрим специфику функционирования основных элементов ПТК АСУ ТП во всех трех упомянутых архитектурах.

I архитектура обобщенно представлена на рис. 3. В данной архитектуре контроллеры присоединений собирают сигналы ТС с первичного оборудования (выключатели, заземляющие ножи, разъединители) и передают на них управляющие воздействия ТУ, ОБР (для разрешения управления коммутационными аппаратами) с помощью медных электрических цепей. Применяется цифровой обмен сигналами положения коммутационных аппаратов между контроллерами присоединений (КП) по протоколу МЭК 61850‑8‑1 GOOSE в целях реализации ОБР. Использование цифровых горизонтальных связей позволяет упростить монтаж цепей и организовать диагностику цифровых связей между КП в реальном времени.

II архитектура построения ПТК АСУ ТП «ИНБРЭС» отражена на рис. 4. Обмен дискретными сигналами между КП (горизонтальные связи), как и в архитектуре I, осуществляется по цифровому протоколу МЭК 61850‑8‑1 GOOSE. Особенностью II архитектуры является сбор сигналов ТС с первичного оборудования и передача на него управляющих воздействий ТУ и ОБР с помощью преобразователей дискретных сигналов (ПДС) ИНБРЭС-ПП-Д, устанавливаемых на полевом уровне, вблизи первичного оборудования. Контрольные электрические цепи подключаются к ПДС, далее ПДС передает дискретные сигналы в цифровом виде по протоколу МЭК 61850‑8‑1 GOOSE в КП.

Наконец, III архитектура построения ПТК АСУ ТП «ИНБРЭС», представленная на рис. 5, предназначается для энергообъектов с максимальным уровнем цифровизации, что позволяет наиболее полно реализовать задачи, поставленные в концепции «Цифровая трансформация 2030».

Важнейшим отличием данной архитектуры от описанных выше является обработка аналоговых сигналов телеизмерений с трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН) в формате цифрового потока МЭК 61850‑9‑2. Для преобразования электрических сигналов в цифровой вид применяются преобразователи аналоговых сигналов (ПАС) ИНБРЭС-ПП-А, устанавливаемые на полевом уровне вблизи ТТ и ТН. Таким образом в данной архитектуре и сигналы телеизмерений, и сигналы телесигнализации поступают в АСУ ТП и внешние подсистемы в цифровом виде. Аналогично, в цифровом виде, передаются и сигналы телеуправления.

Выбор применяемой архитектуры цифровой ПС и ПТК АСУ ТП зависит от следующих факторов:

• класс напряжения подстанции;

• тип проекта по внедрению АСУ ТП (новый объект / реконструкция / расширение);

• тип распредустройства (ОРУ, КРУЭ);

• принадлежность объекта (ПАО «Россети» / ПАО «ФСК ЕЭС» / другие энергокомпании);

• индивидуальные требования заказчика в рамках конкретного проекта.

Для применения на объектах ДЗО ПАО «Россети» требуется прохождение процедуры аттестации. В целях проведения аттестационных испытаний на площадке ООО «ИНБРЭС» был создан масштабный испытательный полигон – цифровой двойник ПС 500 / 220 / 110 / 10 кВ, и в июне 2019 г. ПТК «ИНБРЭС» успешно прошел аттестационные испытания.

ПТК был одновременно представлен в форматах I и II архитектур с частичным использованием многофункциональных устройств защиты и управления для присоединений 110 кВ и 10 кВ, что вызвало дополнительный интерес у аттестационной комиссии.

В ходе аттестационных испытаний ПТК были проведены функциональные и штормовые испытания в полном соответствии с утвержденными ПАО «Россети» техническими требованиями.

Полигон ПТК «ИНБРЭС» состоит из более чем 80 микропроцессорных устройств, более 30 эмуляторов, резервированных серверов и контроллеров телемеханики, локальных АРМ, имитаторов трех вышестоящих уровней управления (ЦУС, РДУ, ОДУ). Обмен информацией в ПТК обеспечивается по протоколу цифровой подстанции МЭК 61850.

На рис. 6 представлен внешний вид полигона ПТК «ИНБРЭС».

Наиболее сложными испытаниями в аттестации ПТК АСУ ТП в соответствии со стандартом организации ПАО «ФСК ЕЭС», несомненно, являются штормовые испытания. ПТК «ИНБРЭС» достойно выдержал режимы повышенной информационной нагрузки с результатами, превосходящими требования методики испытаний:

• Режим информационного всплеска: 10 818 спорадических сигналов (738 шт. АС, 504 шт. ПС1, 1680 шт. ПС2, 7896 шт. ОС);

• Длительный штормовой режим (аналоговые события): 514 800 спорадических аналоговых сигналов за 30 минут;

• Длительный штормовой режим (дискретные события): 384 000 спорадических дискретных сигналов, из них 24 000 – аварийных, 360 000 – оперативных;

• Проверка отсутствия потерь в передаче информации с помощью сухого контакта: общее количество переданных сигналов – 1377 шт. от 81 устройства;

• Полное время передачи GOOSE-сигналов между 64 устройствами: 288…315 мс;

• Проверка отсутствия потерь в передаче GOOSE-сообщений: без потерь передано 3005 GOOSE-пакетов.

Аттестационная комиссия, в которую входили представители ПАО «Россети», ПАО «ФИЦ», ПАО «ФСК ЕЭС», АО «Институт Энергосетьпроект», отметила высокий уровень подготовки стенда и подтвердила соответствие ПТК действующим отраслевым требованиям.

В настоящее время ПТК «ИНБРЭС» внесен в реестр оборудования, материалов и систем, допущенных к применению на объектах ПАО «Россети».

Помимо аттестации в ПАО «Россети», компоненты ПТК «ИНБРЭС» имеют сертификаты Таможенного союза, протоколы испытаний на ЭМС, климатические и механические воздействия, сейсмостойкость. Контроллер многофункциональный серии «ИНБРЭС» внесен в федеральный реестр средств измерения.

На текущий момент успешно завершено более 30 проектов по внедрению ПТК «ИНБРЭС» на объектах предприятий энергетики и нефтегазового комплекса. Установлены комплексы АСУ ТП, АСДУЭ, ССПИ и телемеханики на объектах с классом напряжения от 6 до 220 кВ.

ПТК «ИНБРЭС» – это полностью отечественное решение, которое разработано и производится в России. Применение ПТК позволяет качественно выполнить задачи, сформулированные в концепции «Цифровая трансформация 2030», обеспечивая при этом экономическую и информационную безопасность компании-заказчика и в целом энергосистемы страны.

Логин:
Пароль:
Запомнить меня
Регистрация
Забыли свой пароль?