Опыт реализации цифровых подстанций в компании «Россети Московский регион»

42

ц

и

ф

р

о

в

а

я

 т

р

а

н

с

ф

о

р

м

а

ц

и

я

цифровая трансформация

Опыт реализации 
цифровых подстанций 
в компании «Россети 
Московский регион»

Гвоздев

Д

.

Б

., 

первый заместитель генерального дирек тора —

главный инженер компании «Россети Московский регион»

Грибков

М

.

А

.,

директор Департамента релейной защиты и режимной автоматики электрических 

сетей компании «Россети Московский регион»

Н

а сегодняшний день в «Рос-

сети  Московский  регион» 

в  рамках  реализации  Кон-

цепции  «Цифровая  транс-

формация 2030» ПАО «Россети» реа-

лизованы три объекта с применением 

технологий цифровая подстанция:

– в 2013 году в рамках работ по суще-

ствующему  титулу  некомплекс-

ной  реконструкции  ПС  35/6  кВ 

«Бабайки» в филиале «Северные 

электрические  сети»  реализован 

проект  элементов  Цифровой  под-

станции (ЦПС);

– в  начале  2018  года  введена 

в  работу  подстанция  нового 

поколения — ПС 110/20 кВ «Мед-

ведевская»,  на  которой  управле-

ние  первичным  оборудованием, 

контроль состояния оборудования 

подстанции и измерение парамет-

ров  рабочих  режимов  полностью 

выполнено  с  учетом  требований 

международного  стандарта  МЭК 

61850;

– в конце 2018 года для выполнения 

целевой задачи по вводу в работу 

цифровых  устройств  релейной 

защиты  на  ПС  110  кВ  «Клин» 

выполнялись  работы  по  титулу 

«Установка цифровых защит на ПС 

110  кВ  «Клин»  —  в  соответствии 

с  проектом  произведена  замена 

морально  устаревших  устройств 

РЗА присоединений на новые циф-

ровые устройства, реализованные 

с  применением  международного 

стандарта МЭК 61850.

ЭЛЕМЕНТЫ

ЦИФРОВОЙ

ПОДСТАНЦИИ

,

РЕАЛИЗОВАННЫЕ

НА

ПС

 35 

кВ

 «

БАБАЙКИ

»

На  подстанции  выполнено  полное 

дублирование всех устройств РЗА:

– основной комплект реализован на 

базе МП терминалов Siemens;

– дублирующий  комплект  —  на 

основе  терминалов  Алгоритм  NR 

(совместного  производства  ком-

паний АСТ и NR Electric).

Основной  комплект  защит  пред-

ставлен  традиционной  сис темой  ре-

лейной защиты без применения циф-

ровой  передачи  информации  между 

терминалами. Взаимодействие между 

устройствами осуществляется по мед-

ным кабельным связям. Дублирующий 

комплект  представляет  собой  релей-

ную защиту нового поколения с исполь-

зованием протокола МЭК 61850-9-2LE.

Установленная  система  РЗА  на 

базе МП Алгоритм NR является двух-

уровневой (рисунок 1): 

– уровень  контролеров  (рисунок  2), 

выполняющих  функции  сбора, 

передачи аналоговой и дискретной 

информации и непосредственного 

воздействия  на  коммутационный 

аппарат;

– уровень МП терминалов РЗА (ри-

сунок  3),  выполняющих  обработ-

ку полученной информации, фор-

мирование  необходимых  воздей-

ствий  на  КА,  взаимодействие  со 

вспомогательными  устройствами 

контроля,  диагностики  и  сигна-

лизации  и  структурой  верхнего 

уровня. 

43

Рис

. 1. 

Структурная

схема

цифровых

решений

на

ПС

 35 

кВ

 «

Бабайки

»

Рис

. 2. 

Контролеры

присоединений

, 

установленные

на

ПС

 35 

кВ

 «

Ба

-

байки

» 

в

шкафах

двухстороннего

обслуживания

на

ОРУ

в

непосред

-

ственной

близости

от

коммутаци

-

онного

оборудования

Рис

. 3. 

Цифровые

терминалы

РЗА

, 

установленные

в

шкафах

двухстороннего

обслуживания

в

помещении

ОПУ

Для  повышения  надежности  вы-

полнено  100%  дублирование  сети. 

Передача  дискретных  сообщений 

и измерений осуществляется по про-

токолам стандарта МЭК 61850.

Все 

 ЦПС синхронизи-

рованы по времени с системой GPS.

ЦИФРОВАЯ

ПС

 110 

КВ

«

МЕДВЕДЕВСКАЯ

»

Цифровая подстанция 110 кВ «Мед-

ведевская»  построена  по  принципу 

формирования  шин  данных.  Всего 

выделены  3  шины  данных  управле-

ния и измерения:

•  шина  процесса  МЭК  61850-9.2LE 

для организации цепей измерения 

РЗА (рисунок 4);

•  шина подстанции № 1 МЭК 61850-

8.1  для  организации  переда-

чи  GOOSE-сигналов  контроля 

и  управления  между  устройства-

ми РЗА;

•  шина подстанции № 2 МЭК 61850-

8.1  для  организации  передачи 

MMS-сообщений,  настроек,  чте-

ния осциллограмм и т.п.

Первые две шины полностью изо-

лированы,  в  них  исключена  возмож-

Взаимодействие уровней осу-

ществляется  по  шине  процесса, 

которая  представляет  собой  со-

вокупность  оптических  связей, 

объединенных  в  сеть.  Сеть  раз-

делена  на  две  части,  соответ-

ствующие  классам  напряжения 

и имеющие топологию «звезда».

№

 4 (55) 2019

44

ЦИФРОВАЯ 

ТРАНСФОРМАЦИЯ

ность постороннего дистанционно-

го  вмешательства.  Поскольку  обе 

указанные  шины  предназначены 

для работы устройств РЗА.

Шина  подстанции  №  2  пред-

назначена  для  дистанционного 

управления  устройствами  РЗА, 

первичным оборудованием, мони-

торинга указанного оборудования, 

чтения внутренних регистраторов, 

осциллограмм и т.п.

Измерения  РЗА  выполнены  по 

архитектуре на основе шины про-

цесса.  Передача  данных  выбо-

рочных  значений  осуществляется 

с  частотой  80  выборок  за  период 

в соответствии с МЭК 61850-9.2LE.

Источником  данных  о  пер-

вичных  величинах  служат  пре-

образователи  аналоговых  сигна-

лов — AMU. Основное назначение 

преобразователя  —  преобразо-

вание  первичного  значения  тока 

и  напряжения  от  ТТ  и  ТН  в  циф-

ровой  код  в  соответствии  с  МЭК 

61850-9.2LE. 

Значения  токов  и  напряжений 

используются  устройствами  РЗА, 

ПА и КРАП. Подключение к соот-

ветствующим  преобразователям 

осуществляется за счет настройки 

сетевых параметров РЗА.

Преобразователи  установле-

ны  непосредственно  у  первич-

ного оборудования в помещении 

КРУЭ 110 кВ и РУ 20 кВ (в ячей-

ках  КРУ).  Передача  выборочных 

значений  тока  и  напряжений 

осуществляется по специальной 

ЛВС-шине процесса.

Для обеспечения надежности 

работы  шины  процесса  и  шины 

подстанции  №  1  применяется 

технология резервирования PRP 

(параллельное резервирование). 

Образуются полностью идентич-

ные сети А и B. При отказе любо-

го  сегмента  сети,  работа  шины 

процесса продолжается на рабо-

чей сети без изменения значений 

первичных сигналов.

Измерения  осуществляются 

за счет применения двух преоб-

разователей  AMU  (аппаратное 

резервирование).  При  отказе 

любого  канала  измерения  осу-

ществляется  переключение  на 

резервный.  В  устройствах  AMU 

и  РЗА  реализована  функция 

контроля  исправности  преоб-

разователя.  При  возникновении 

неисправности  при  передаче 

данных  в  терминале  РЗА  выво-

дятся  только  те  функции,  кото-

рые  непосредственно  исполь-

зуют  соответствующий  поток 

информации.

Управление  и  контроль  пер-

вичного  оборудования  осущест-

вляется  при  помощи  устройств 

преобразователей  дискретных 

сигналов (DMU). Данные устрой-

ства  вынесены  непосредствен-

но  к  первичному  оборудованию 

КРУЭ 110 кВ и РУ 20 кВ и выпол-

няют функции сопряжения с пер-

вичным оборудованием. Каждый 

DMU  подключен  к  своей  груп-

пе  управления  выключателем 

ЭМО1  и  ЭМВ,  ЭМО2.  Команда 

на отключение выключателя об-

щая, действует одновременно на 

оба  преобразователя.  При  отка-

зе  любого  из  преобразователей 

управление  сохраняется  за  счет 

второго комплекта. Дополнитель-

ного  изменения  конфигурации 

терминалов РЗА при этом не тре-

буется.

При  этом  данные  устройства 

осуществляют  контроль  положе-

ния  коммутационных  аппаратов, 

состояния их технологических це-

пей,  а  также  управление  первич-

ным силовым оборудованием:

– коммутационными аппаратами 

(разъединители, заземляющие 

ножи,  выключатели)  КРУЭ 

110 кВ;

– коммутационными аппаратами 

РУ 20 кВ;

– устройством  РПН  силовых 

трансформаторов и т.п.

Рис

. 4. 

Организация

шины

процесса

на

ПС

 110 

кВ

 «

Медведевская

»

Система  АСУ  ТП  и  кон троля 

состояния первичного оборудова-

ния и устройств РЗА и ПА постро-

ена на ЛВС с организацией шины 

подстанции  с  передачей  сигна-

лов  GOOSE-сообщений  и  MMS-

сообщений в соответствии с МЭК 

61850-8.1.

Функции РЗА выполнены в шка-

фах серии ШЭ2607, размещенных 

в  ОПУ  РЩ.  Управляющие  и  кон-

трольные  сигналы  между  устрой-

ствами РЗА, DMU передаются по-

средством 

GOOSE-сообщений. 

Для  организации  ОБР,  возмож-

ности  дистанционного  управле-

ния  КА  проектом  предусмотрен 

шкаф контроллера присоединения 

ШЭ2607 419. В данный шкаф вхо-

дят также функции АУВ с возмож-

ностью АПВ.

Для  возможности  дистанцион-

ного  управления  функциями  за-

щит  и  автоматики  микропроцес-

сорные  терминалы  выполнены 

с применением электронных клю-

чей управления в виде отдельных 

функциональных  клавиш  с  соот-

ветствующей  индикацией  состоя-

ния,  вместо  традиционных  пере-

ключателей,  размещающихся  на 

дверках шкафов. 

Система  АСУ  ТП  и  ТМ  охва-

тывает  все  системы  подстанции, 

включая  охранно-пожарную  сиг-

нализацию,  контроль  отопления 

и  вентиляции,  утечки  элегаза 

и т.п.

Комплекс регистрации аварий-

ных процессов (КРАП) выполняет 

следующие функции:

45

– осциллографирование  цифро-

вых 

сигналов 

измерений 

с AMU  и  дискретных  сигналов 

GOOSE-сообщений;

– осциллографирование  анало-

говых  и  дискретных  сигналов 

токов и напряжения с ТТ и ТН;

– комплексный  анализ  развития 

аварийного процесса.

Также на подстанции реализо-

ваны:

– диагностика 

контроллеров 

управления ЩСН;

– контроль  состояния  АВ  ЩСН 

0,4 кВ;

– контроль состояния АВ и плав-

ких вставок СОПТ;

– диагностика состояния СКИ;

– дистанционный 

мониторинг 

повреждений в СОПТ;

– дистанционный 

контроль 

состояния АБ;

– мониторинг  охранно-пожарной 

сигнализации;

– мониторинг  и  дистанционное 

управления  вентиляционными 

установками;

– контроль  температуры  поме-

щений и отопления.

ЭЛЕМЕНТЫ

ЦИФРОВОЙ

ПОДСТАНЦИИ

, 

РЕАЛИЗОВАННЫЕ

НА

ПС

 110 

КВ

 «

КЛИН

»

Подстанция  110  кВ  «Клин»  явля-

ется крупным питающим центром 

с  установленной  трансформа-

торной  мощностью  126  МВА.  По 

сети  35  кВ  от  подстанции  110  кВ 

«Клин» питаются в тупиковом ре-

жиме 7 подстанций 35 кВ:

– ПС 35 кВ «Бабайки»,

– ПС 35 кВ «Борщево»,

– ПС 35 кВ «Першутино»,

– ПС 35 кВ «Малеевка»,

– ПС 35 кВ «Высоково»,

– ПС 35 кВ «Подорки»,

– ПС 35 кВ «Елгозино».

Подстанция  110  кВ  «Клин» 

построена  в  1953  году,  установ-

ленные  на  ней  устройства  РЗиА 

в  основном  также  были  введены 

в работу при включении подстан-

ции и выполнены преимуществен-

но  на  электромеханической  эле-

ментной базе. 

В  2013  году  на  подстанции 

была  проведена  замена  уста-

ревших  масляных  выключателей 

110 кВ на элегазовые со встроен-

ными трансформаторами тока.

В  2018  году  для  выполнения 

целевой задачи по вводу в рабо-

ту  цифровых  устройств  релей-

ной защиты на ПС 110 кВ «Клин» 

выполнялись  работы  по  титулу 

«Установка  цифровых  защит  на 

ПС 110 кВ «Клин». 

На двух присоединениях — ВЛ 

110 кВ «Решетниково — Клин» I и II 

цепь  —  установлены  комбиниро-

ванные ТТ/ТН, которые состоят из 

оптических трансформаторов тока 

и  электронных  трансформаторов 

напряжения (рисунок 5). К ним под-

ключены комплекты резервных за-

щит, действующих на сигнал.

В  соответствии  с  проектом 

выполнена  замена  морально 

устаревших  устройств  РЗА  при-

соединений  на  новые  цифровые 

устройства,  реализованные  на 

принципах МЭК 61850. Устанавли-

ваемый  комплекс  РЗА  выполнен 

с  передачей  аналоговых  и  дис-

кретных  сигналов  в  цифровом 

виде от силового оборудования че-

рез устройства сопряжения. С этой 

целью  произведена  организация 

шины  процесса  с  помощью  циф-

ровых  коммутаторов,  к  которым 

производится  подключение  всех 

устройств сопряжения с объектом 

(контроллеров MU, установленных 

на  ОРУ  110  кВ  рядом  с  силовым 

оборудованием) (рисунок 6) и тер-

миналов  защит,  установленных 

в помещении ОПУ (рисунок 7). По 

шине процесса все устройства об-

мениваются данными в цифровом 

виде  по  протоколу  МЭК  61850. 

Также  создана  шина  станции  для 

объединения  терминалов  защит. 

Оборудование  РЗА  поддержива-

ет  протоколы  шины  процесса  IEC 

61850-9.2 LE и шины станции IEC 

61850-8.1 GOOSE, MMS для обме-

на данными между контроллерами 

присоединения  и  устройствами 

РЗА, а также осуществления функ-

ций телеизмерения.

СТАТИСТИКА

РАБОТЫ

УСТРОЙСТВ

РЗИА

НА

ЦИФРОВЫХ

ПОДСТАНЦИЯХ

ПС

 35 

кВ

 «

Бабайки

»

При  вводе  ПС  в  работу  были 

проведены  натурные  испытания 

Рис

. 5. 

Комбинированный

оптиче

-

ский

трансформатор

тока

и

элек

-

тронный

трансформатор

напряже

-

ния

, 

установленные

на

ПС

 110 

кВ

«

Клин

» 

Рис

. 6. 

Контролеры

присоединений

, 

установленные

на

ПС

 110 

кВ

 «

Клин

» 

в

шкафах

двухстороннего

обслуживания

на

ОРУ

в

непосредственной

близо

-

сти

от

коммутационного

оборудования

№

 4 (55) 2019

46

реальным  первичным  током  КЗ 

путем  подачи  рабочего  напря-

жения  на  предварительно  уста-

новленную  «закоротку».  Всего 

было  проведено  три  испытания: 

близкое двухфазное КЗ на линии, 

двухфазное  КЗ  на  шинах  35  кВ, 

двухфазное  КЗ  на  вводах  35  кВ 

трансформатора.

В процессе эксплуатации были 

зафиксированы КЗ как в прилега-

ющей сети, так и на ЛЭП, отходя-

щих от ПС, во всех случаях устрой-

ства РЗА работали правильно.

ПС

 110 

кВ

 «

Медведевская

»

За  время  эксплуатации  ПС 

110 кВ «Медведевская» произошло 

четыре  случая  работы  устройств 

РЗА,  из  них  три  раза  правильно 

и один раз ложно.

Дважды  при  повреждении 

в  объеме  сборных  шин  I  СШ 

110  кВ  произошло  правильное 

срабатывание  комплекта  РЗ 

№ 1 I, II СШ 110 кВ (ДЗШ, УРОВ) 

(ШЭ2710  562)  и  комплекта  РЗ 

№ 2 I, II СШ 110 кВ (ДЗШ, УРОВ) 

(ШЭ2710 562) с действием на от-

ключение ЭВ I СШ 110 кВ.

При  однофазном  КЗ  на  КВЛ 

110  кВ  «Медведевская  —  Один-

цово»  I  цепь  с  отпайкой  на  ПС 

«Мамоново»  произошло  пра-

вильное  срабатывание  ДЗЛ 

1 и 2 комплект КВЛ 110 кВ «Мед-

ведевская  —  Одинцово»  I  цепь 

с  отпайкой  на  ПС  «Мамоново» 

(ШЭ2607 392) с успешным сраба-

тыванием АПВ КВЛ 110 кВ «Мед-

ведевская  —  Одинцово»  I  цепь 

с  отпайкой  на  ПС  «Мамоново» 

(ШЭ2607 419).

Без  КЗ  произошло  срабаты-

вание 1 ст. ТНЗНП (БЭ 2704V073) 

КВЛ  110  кВ  «Очаково  —  Мед-

ведевская»  II  цепь,  причиной 

явилась  неисправность  шины 

процесса  ПС  (SV)  вследствие 

неправильной 

синхронизации 

SV-потоков  после  некоррек-

тно  выполненного  обновления 

ПО  на  серверах  времени,  обу-

словленной  множественностью 

источников  РТР-пакетов  син-

хронизации с одинаковым прио-

ритетом  класса  точности  часов, 

что было вызвано некорректной 

настройкой  серверов  времени 

при  проведении  обновления  их 

программного обеспечения.

ПС

 110 

кВ

 «

Клин

»

За  время  эксплуатации  ПС 

110  кВ  «Клин»  произошло  семь 

случаев  работы  устройств  РЗА 

(терминал  АУВ  PCS-9705  (функ-

ция  АПВ  —  3  раза)  и  терминала 

резервных защит PCS-902 (ТО — 

2  раза,  ТЗНП  —  2  раза)),  из  них 

все семь раз правильно.

В период эксплуатации цифро-

вых подстанций выявлены следу-

ющие проблемные вопросы.

Организационные

:

•  недостаточный уровень квали-

фикации  эксплуатационного 

персонала;

•  трудности и ошибки при выпол-

нении  наладки  вторичных  сис-

тем;

•  отсутствие 

взаимодействия 

подразделений  эксплуатирую-

щих  АСУ  ТП  и  подразделений 

эксплуатирующих РЗА;

•  отсутствие  норм  технического 

обслуживания  устройств  РЗА 

цифровых ПС;

•  информационная  безопас-

ность. 

Технические

:

•  учет электрической энергии по-

прежнему осуществляется тра-

диционно по медным кабелям; 

•  отсутствие аттестованных и го-

товых  к  применению  оптиче-

ских ТТ и ТН;

•  внедрение цифровых техноло-

гий  при  некомплексной  рекон-

струкции объектов;

•  получение  SV-потоков  в  соот-

ветствии  с  МЭК  61850-9.2  LE 

не  на  ОРУ,  а  на  щите  управ-

ления ПС (данное решение не 

подпадает  под  принятые  кон-

цепции цифровизации).

ВЫВОДЫ

1.  Для минимизации ошибок при 

наладке,  а  также  выявления 

проектных  ошибок,  в  обяза-

тельном  порядке  проводить 

предналадку  вторичных  сис-

тем цифровых подстанций на 

заводе-изготовителе.

2.  Обучение  эксплуатационного 

персонала  необходимо  про-

водить  в  несколько  этапов. 

Первый  этап  —  это  предва-

рительное обучение основам 

и  принципам  цифровых  под-

станций.  Второй  этап  —  это 

обязательное  участие  экс-

плуатационного  персонала 

в  предналадке  на  заводе-из-

готовителе.  Третий  этап  — 

это  проведение  первого  про-

филактического 

контроля 

вторичных  систем  силами 

эксплуатационного  персона-

ла  с  привлечением  предста-

вителей  завода-изготовите-

ля.

3.  Для  обеспечения  информа-

ционной  безопасности  необ-

ходимо  обязательное  физи-

ческое разделение сетей.

4.  При  проведении  некомплекс-

ной  реконструкции  суще-

ствующих  подстанций  с  при-

менением  элементов  ЦПС 

необходимо 

обеспечить 

функциональность  и  закон-

ченность выделенного этапа.

5.  Внедрение  цифровых  техно-

логий  на  подстанциях  долж-

но  обеспечивать  повышение 

уровня и удобства эксплуата-

ции, и не должно снижать на-

дежность  электроснабжения 

потребителей.  

Рис

. 7. 

Цифровые

терминалы

РЗА

, 

установленные

в

шкафах

двухсто

-

роннего

обслужи

-

вания

в

помеще

-

нии

ОПУ

ПС

 110 

кВ

«

Клин

»

ЦИФРОВАЯ 

ТРАНСФОРМАЦИЯ