32
ц
и
ф
р
о
в
а
я
п
о
д
с
т
а
н
ц
и
я
цифровая подст
анция
Первая в московском
регионе
РАЗРАБОТКА
ПРОЕКТА
ЦИФРОВОЙ
ПОДСТАНЦИИ
При
разработке
проекта
подстан
-
ции
были
учтены
следующие
клю
-
чевые
положения
:
1.
Сооружение
подстанции
выпол
-
нено
во
исполнение
постанов
-
ления
п
. 6
протокола
совещания
у
Председателя
Правительства
РФ
Д
.
А
.
Медведева
от
28.04.2014
№
ДМ
-
П
8-36
пр
о
строительстве
третьего
центра
питания
ИЦ
«
Сколково
». 80%
выдаваемой
потребителям
мощности
ПС
«
Медведевская
»
предназначено
для
нужд
ИЦ
«
Сколково
».
2.
В
целях
реализации
принципа
импортозамещения
первичное
оборудование
и
вторичные
си
-
стемы
подстанции
выполнены
на
отечественном
оборудова
-
нии
.
3.
По
типу
оперативного
обслужи
-
вания
подстанция
должна
быть
выполнена
необслуживаемой
и
иметь
возможность
удаленно
-
го
управления
как
первичным
,
так
и
вторичным
оборудовани
-
ем
из
диспетчерского
центра
Московских
высоковольтных
се
-
тей
—
филиала
ПАО
«
МОЭСК
».
4.
Обмен
информацией
о
первич
-
ных
величинах
тока
и
напря
-
жения
,
состоянии
первичного
и
вторичного
оборудования
,
об
-
мен
данными
между
указанным
оборудованием
на
объекте
вы
-
полнены
в
цифровом
виде
в
со
-
ответствии
с
требованиями
МЭК
61850.
5.
Комплекс
устройств
РЗА
,
вы
-
полненный
по
технологии
циф
-
ровой
подстанции
,
на
ПС
110
кВ
«
Медведевская
»
введен
в
про
-
мышленную
эксплуатацию
без
дублирования
устройствами
ре
-
лейной
защиты
,
выполненными
по
традиционной
технологии
,
что
должно
сделать
подстанцию
действительно
первой
цифро
-
вой
подстанцией
в
московском
регионе
.
ОБЩИЕ
ПРОЕКТНЫЕ
РЕШЕНИЯ
В
ЧАСТИ
ПЕРВИЧНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
ПОДСТАНЦИИ
И
ЕГО
СИСТЕМ
МОНИТОРИНГА
Распределительное
устройство
высшего
напряжения
(110
кВ
)
под
-
станции
типа
КРУЭ
выполнено
по
схеме
«
две
рабочие
системы
шин
»
и
рассчитано
на
присоединение
четырех
линий
,
двух
трансфор
-
маторов
и
шиносоединительно
-
го
выключателя
,
с
возможностью
расширения
на
две
ячейки
.
Про
-
изведенное
российской
компани
-
ей
АО
ВО
«
Электроаппарат
»
КРУЭ
110
кВ
оснащено
развитой
сис
те
-
Мартихин
А
.
Ю
.,
начальник
Службы
релейной
защиты
и
автоматики
Московских
высоковольтных
сетей
—
филиала
ПАО
«
МОЭСК
»
Рыбин
И
.
С
.,
заместитель
начальника
Службы
релейной
защиты
и
автоматики
Московских
высоковольтных
сетей
—
филиала
ПАО
«
МОЭСК
»
Гурьев
А
.
В
.,
главный
инженер
проекта
ООО
НПП
«
ЭКРА
»
В
мае
2018
года
в
Московских
высоковольтных
сетях
—
филиа
-
ле
ПАО
«
МОЭСК
»
введена
в
работу
ПС
110
кВ
«
Медведевская
»,
первая
в
московском
регионе
цифровая
подстанция
.
В
данной
статье
рассматривается
,
почему
же
она
называется
«
цифровой
подстанцией
»,
и
чем
отличается
от
традиционных
подстанций
,
даже
тех
,
на
которых
широко
используются
микропроцессор
-
ные
устройства
автоматики
и
управления
.
33
мой
мониторинга
,
включающей
в
себя
:
•
систему
мониторинга
частич
-
ных
разрядов
(
предназначена
для
контроля
состояния
изо
-
ляции
КРУЭ
110
кВ
,
опреде
-
ления
типа
и
места
возникно
-
вения
дефекта
посредством
встроенной
экспертной
сис
-
темы
);
•
систему
мониторинга
состоя
-
ния
и
ресурса
выключателей
(
предназначена
для
расчета
механического
износа
выклю
-
чателя
и
коммутационного
ресурса
контактов
);
•
систему
контроля
тока
при
-
соединений
и
напряжения
на
шинах
,
контроля
положения
и
состояния
коммутационных
аппаратов
.
Два
силовых
трансформато
-
ра
мощностью
80
МВА
каждый
производства
ООО
«
Тольяттин
-
ский
трансформатор
»
оснащены
системой
мониторинга
,
которая
включает
в
себя
:
–
систему
мониторинга
кри
-
тических
утечек
СМКУ
(
для
контроля
уровня
трансфор
-
маторного
масла
);
–
непрерывный
контроль
высо
-
ковольтных
вводов
НКВВ
;
–
контроль
токов
обмоток
трансформатора
и
положе
-
ния
РПН
;
–
хроматический
мониторинг
со
-
стояния
трансформаторного
масла
ТМЗ
(
для
определения
дефекта
в
изоляции
транс
-
форматора
на
ранней
стадии
и
прогнозирования
техниче
-
ского
состояния
).
Благодаря
работе
систе
-
мы
мониторинга
КРУЭ
110
кВ
и
трансформаторов
,
в
сум
-
ме
контролирующей
порядка
400
сигналов
и
измерений
,
реа
-
лизуется
автоматическая
оценка
технического
состояния
обору
-
дования
подстанции
,
выявление
дефектов
на
ранней
стадии
раз
-
вития
и
прогнозирование
их
появления
,
прогнозирование
и
моделирование
нагрузочной
способности
и
остаточного
ре
-
сурса
оборудования
.
В
итоге
система
обеспечива
-
ет
снижение
эксплуатационных
затрат
на
техническое
обслужи
-
вание
и
ремонт
оборудования
,
а
также
повышение
эффектив
-
ности
мониторинга
оборудова
-
ния
.
Отдельно
стоит
отметить
,
что
низкоомное
заземление
нейтра
-
лей
обмоток
силовых
трансфор
-
маторов
20
кВ
позволяет
значи
-
тельно
повысить
безопасность
персонала
и
населения
при
од
-
нофазных
коротких
замыканиях
в
распределительной
сети
20
кВ
.
ОБЩИЕ
ПРОЕКТНЫЕ
РЕШЕНИЯ
В
ЧАСТИ
ОРГАНИЗАЦИИ
СИСТЕМ
АСУ
ТП
И
РЗА
Основной
отличительной
харак
-
теристикой
цифровой
подстанции
по
определению
является
прин
-
ципиально
иная
,
по
сравнению
с
традиционными
объектами
,
структура
выполнения
комплек
-
сов
АСУ
ТП
,
релейной
защиты
и
автоматики
подстанции
.
В
пол
-
ной
мере
этому
критерию
соответ
-
ствуют
комплексы
АСУ
ТП
и
РЗА
на
ПС
110
кВ
«
Медведевская
».
Непосредственно
функцию
устройств
релейной
защиты
и
автоматики
выполняют
микро
-
процессорные
терминалы
серий
БЭ
2502
и
БЭ
2704
производства
российского
научно
-
производ
-
ственного
предприятия
«
ЭКРА
».
Система
сбора
и
передачи
сигналов
на
подстанции
выпол
-
нена
в
соответствии
с
требова
-
ниями
международного
стандар
-
та
МЭК
61850
и
разделена
на
три
подсистемы
(
по
сути
—
локаль
-
ных
вычислительных
сети
,
об
-
разованных
маршрутизаторами
и
оптическими
кабелями
связи
).
За
передачу
аналоговых
сигна
-
лов
от
первичных
измерительных
преобразователей
(
в
данном
слу
-
чае
—
традиционных
трансфор
-
маторов
тока
и
трансформато
-
ПС
110
кВ
«
Медведевская
» —
первая
в
московском
регионе
цифровая
подстанция
№
5 (50) 2018
34
AMU1
ТА1
ТА2
AMU2
Шина процесса (МЭК 61850-9.2LE)
Основная
защита
Резервная
защита
УРОВ
ДЗШ
ров
напряжения
)
отвечает
«
шина
процесса
»
с
передачей
данных
согласно
стандарту
МЭК
61850-
9.2LE (
рисунок
1).
Измеренные
классически
-
ми
электромагнитными
ТТ
и
ТН
величины
токов
и
напряжений
оцифровываются
устройствами
сопряжения
(
УСО
)
и
в
виде
пото
-
ка
SV (Sampled Values)
сигналов
передаются
в
«
шину
процесса
».
Эти
данные
измерений
могут
быть
получены
любым
устрой
-
ством
РЗА
,
для
функционирова
-
ния
которого
они
необходимы
.
Дискретные
сигналы
между
устройствами
РЗА
(
рисунок
2),
а
также
сигналы
от
устройств
РЗА
к
коммутационным
аппара
-
там
в
формате
GOOSE (Generic
Object Oriented Substation Events)
сообщений
передаются
по
«
шине
данных
»,
при
этом
указанные
сиг
-
налы
также
могут
быть
получены
и
обработаны
любым
устрой
-
ством
,
алгоритмом
работы
кото
-
рого
предусмотрено
их
получение
.
И
наконец
,
по
отдельной
ин
-
формационной
шине
в
форма
-
те
MMS (Manufacturing Message
Speci
fi
cation)
передаются
сигна
-
лы
,
предназначенные
для
функ
-
ционирования
системы
АСУ
ТП
,
а
также
для
связи
комплексов
АСУ
ТП
и
РЗА
.
Для
обеспечения
согласован
-
ной
работы
шин
данных
на
базе
ЛВС
используется
сервер
единого
времени
,
синхронизация
време
-
ни
осуществляется
по
протоколу
PTPv2.
Для
мониторинга
и
реги
-
страции
цифровых
сигналов
(SV,
Рис
. 1.
Шина
процесса
с
пере
-
дачей
данных
в
соответствии
с
МЭК
61850-9.2LE
DMU1
В 110 кВ
DMU2
Шина подстанции (МЭК 61850-8.1)
Основная
защита
Резервная
защита
УРОВ
ДЗШ
Рис
. 2.
Шина
подстанции
с
передачей
данных
в
соответ
-
ствии
с
МЭК
61850-8.1
GOOSE, MMS)
используется
от
-
дельный
комплекс
регистрации
аварийных
процессов
(
КРАП
).
Таким
образом
,
на
ПС
110
кВ
«
Медведевская
»
в
полном
объ
-
еме
реализована
концепция
ис
-
пользования
протоколов
обмена
технологической
информацией
в
соответствии
со
стандартом
МЭК
61850 (
рисунок
3).
Как
мы
видим
,
принципиаль
-
ным
структурным
отличием
та
-
кого
построения
сети
является
связь
между
устройствами
че
-
рез
информационные
шины
,
за
-
менившая
собой
соединение
Рис
. 3.
Архитектура
построения
сети
обмена
данными
цифровой
ПС
110
кВ
«
Медведевская
»
РЗА
20
кВ
Диспетчерское
управление
Технологические
системы
ПС
Шина
процесса
МЭК
61850-9.2LE
Служба
РЗА
Шина
подстанции
1
GOOSE
МЭК
61850-8.1
Служба
РЗА
Шина
подстанции
2
MMS
МЭК
61850-8.1
Служба
АСТУ
АСУ
+
ТМ
РЗА
РАС
СЕВ
АУСО
ДУСО
ЦИФРОВАЯ
ПОДСТАНЦИЯ
35
устройств
по
принципу
«
точка
-
точка
».
Также
стоит
отметить
,
что
в
данной
архитектуре
произведе
-
но
полное
разделение
сигналов
РЗА
и
АСУ
ТП
.
Данное
решение
принято
с
учетом
действующей
ор
-
ганизационной
структуры
эксплуа
-
тирующей
компании
с
четким
раз
-
делением
зон
эксплуатационной
ответственности
служб
РЗА
и
АСУ
ТП
.
Кроме
того
,
решение
о
полном
разделении
сигналов
РЗА
и
АСУ
ТП
предоставляет
неочевидное
преимущество
—
технологические
сети
РЗА
полностью
изолированы
от
внешних
информационных
се
-
тей
.
В
связи
с
этим
,
в
процессе
про
-
ектирования
и
дальнейшего
ввода
подстанции
не
потребовалась
спе
-
циальная
проработка
вопросов
по
информационной
безопасности
,
а
также
применение
специальных
аппаратно
-
технических
средств
защиты
данных
критически
важ
-
ных
элементов
подстанции
.
Говоря
о
наборе
используе
-
мых
функций
РЗА
(
рисунок
4),
Рис
. 4.
Комплекс
оборудования
РЗА
подстанции
РЗА
РАС
СОПТ
ЩСН
0,4
кВ
Сервер
АСУ
ТП
Обор
удов
ание
св
язи
ПКЭ
Инженерные
системы
Шина
ПС
№
2
АРМ
ПС
«
Медведевская
»
КРУЭ
ДП
МВС
ДП
МОЭСК
ДП
МосРДУ
Рис
. 5.
Структурная
схема
технических
средств
АСУ
ТП
РУ
20
кВ
№
5 (50) 2018
36
можно
отметить
,
что
он
в
целом
традиционен
.
Выбор
защитных
функций
выполнен
на
основании
требований
используемого
в
ПАО
«
МОЭСК
»
в
качестве
нормативно
-
го
документа
для
проектирования
РЗА
«
Альбома
типовых
функци
-
ональных
схем
взаимодействия
устройств
релейной
защиты
и
ав
-
томатики
для
вновь
строящихся
и
реконструируемых
объектов
ОАО
«
МОЭСК
».
В
отличие
от
функционально
-
го
состава
комплекса
релейной
защиты
его
реализация
на
осно
-
ве
комплекса
цифровых
локаль
-
но
-
вычислительных
сетей
очень
слабо
напоминает
привычный
комплекс
РЗА
подстанции
,
изо
-
билующий
медными
кабельными
связями
.
АСУ
ТП
подстанции
(
рисунок
5)
выполнена
на
базе
программно
-
технического
комплекса
EVICON
производства
НПП
«
ЭКРА
».
При
этом
удалось
построить
систе
-
му
таким
образом
,
что
АСУ
ТП
и
функции
телемеханики
ока
-
зались
неразрывно
связаны
—
в
традиционных
подстанциях
эти
подсистемы
обычно
разделены
.
Использование
единой
системы
тестирования
и
самодиагностики
всех
компонентов
ПТК
EVICON,
а
также
узлов
и
линий
связи
(
ком
-
мутаторов
и
ВОЛС
),
обеспечивает
требуемую
степень
надежности
работы
оборудования
.
Данное
решение
позволило
в
значитель
-
ной
степени
снизить
затраты
на
оборудование
,
используемое
для
сбора
и
обработки
первичных
аналоговых
и
дискретных
сигна
-
лов
.
В
то
же
время
использова
-
ние
отдельных
серверов
АСУ
ТП
и
ТМ
,
позволило
исключить
воз
-
можность
(
при
выходе
из
строя
)
потери
подстанцией
наблюдаемо
-
сти
и
управляемости
.
Комплекс
АСУ
ТП
и
ТМ
на
ПС
«
Медведевская
»
призван
выпол
-
нять
следующие
задачи
:
–
организация
и
ведение
опера
-
тивной
базы
данных
режимов
работы
и
состояния
оборудо
-
вания
ПС
;
–
визуализация
и
контроль
па
-
раметров
текущего
режима
(
главной
схемы
,
состояния
электрооборудования
ПС
);
–
осуществление
функций
пред
-
упредительной
и
аварийной
сигнализации
;
–
дистанционное
и
местное
управление
первичным
обо
-
рудованием
(
силовые
транс
-
форматоры
,
коммутационные
аппараты
и
т
.
п
.);
–
передача
данных
в
диспет
-
черские
центры
Московского
РДУ
,
центр
управления
сетями
МОЭСК
и
МВС
по
стандартным
протоколам
(
МЭК
60870-5-
104);
–
архивирование
и
хранение
информации
;
–
обеспечение
информационной
безопасности
АСУ
ТП
;
–
формирование
отчетных
доку
-
ментов
.
РЕАЛИЗАЦИЯ
ПРОЕКТА
ЦИФРОВОЙ
ПОДСТАНЦИИ
Очевидно
,
что
для
строительства
объекта
,
не
имевшего
аналогов
в
России
,
было
необходимо
ре
-
шить
целый
ряд
непростых
задач
:
–
выбрать
общую
концепцию
проекта
;
–
разработать
набор
техничес
-
ких
решений
,
в
равной
степени
обеспечивающих
как
инноваци
-
онность
объекта
,
так
и
его
стро
-
гое
соответствие
действующей
нормативной
документации
;
–
разработать
и
согласовать
на
всех
ступенях
управления
про
-
ект
сооружения
подстанции
;
обеспечить
согласованную
работу
целого
ряда
организа
-
ций
,
по
своему
направлению
реализующих
уникальные
тех
-
нические
решения
.
При
этом
решен
этот
комплекс
задач
в
чрезвычайно
сжатые
сро
-
ки
—
от
начала
строительных
работ
до
ввода
объекта
в
работу
прошло
около
полутора
лет
.
Сокращению
сроков
ввода
в
работу
ПС
««
Медведевская
»»
при
выполнении
СМР
и
ПНР
способствовала
комплексная
поставка
вторичного
оборудо
-
вания
от
одного
производите
-
ля
—
научно
-
производственного
предприятия
«
ЭКРА
» (
г
.
Чебок
-
сары
).
При
этом
все
оборудова
-
ние
,
поставленное
на
ПС
«
Мед
-
ведевская
»,
и
все
технические
решения
,
принятые
на
этапе
проектирования
,
были
предва
-
рительно
проверены
в
ходе
про
-
ведения
заводских
приемо
-
сда
-
точных
испытаний
комплексов
РЗА
и
АСУ
ТП
.
Они
были
про
-
ведены
с
привлечением
специ
-
алистов
служб
РЗА
,
АСТУ
и
ТМ
филиала
ПАО
«
МОЭСК
» —
Мос
-
ковские
высоковольтные
сети
,
а
также
специалистов
наладоч
-
ной
организации
—
ООО
«
ЭКРА
-
Центр
».
Организация
заводских
приемо
-
сдаточных
испытаний
комплекса
РЗА
и
АСУ
ТП
по
-
зволила
поставить
на
объект
систему
,
прошедшую
настройку
и
параметризованную
в
соот
-
ветствии
с
утвержденным
про
-
ектом
.
Сооружение
и
ввод
в
работу
столь
инновационного
объекта
не
могло
не
стать
сложнейшей
зада
-
чей
для
Московских
высоковольт
-
ных
сетей
,
для
производителей
оборудования
,
для
строителей
,
для
наладочных
организаций
.
ПРЕИМУЩЕСТВА
ПРОЕКТА
ЦИФРОВОЙ
ПОДСТАНЦИИ
Благодаря
описанным
выше
прин
-
ципам
реализации
комплекса
РЗА
на
подстанции
мы
получаем
сле
-
дующий
набор
преимуществ
:
1.
Сокращение
затрат
на
тех
-
ническое
обслуживание
обо
-
рудования
за
счет
развитой
системы
диагностики
и
мони
-
торинга
первичного
оборудо
-
вания
,
оборудования
АСУ
ТП
,
оборудования
РЗА
.
2.
Возможность
постоянного
мо
-
ниторинга
исправности
кана
-
лов
связи
между
устройства
-
ми
—
целостность
оптических
каналов
связи
постоянно
кон
-
тролируется
,
в
отличие
от
мед
-
ных
проводов
.
3.
В
качестве
первичных
изме
-
рительных
преобразователей
используются
традиционные
трансформаторы
тока
и
напря
-
жения
,
имеющие
на
настоящий
момент
значительно
меньшую
стоимость
,
чем
цифровые
из
-
мерительные
преобразователи
(
оптические
ТТ
,
датчики
Холла
и
т
.
п
.)
4.
Значительное
снижение
на
-
грузки
на
вторичные
обмотки
трансформаторов
тока
.
Аналоговые
сигналы
переда
-
ются
в
виде
цифровых
SV-
потоков
по
оптическим
линиям
связи
,
при
этом
устройства
сопряжения
(
по
сути
это
—
аналогово
-
цифровые
преобразователи
)
установлены
в
непосредственной
близости
от
трансформаторов
тока
и
напря
-
жения
.
ЦИФРОВАЯ
ПОДСТАНЦИЯ
37
Как
мы
знаем
,
значительная
нагрузка
на
вторичные
обмотки
ТТ
является
причиной
появления
погрешностей
измеряемого
сигна
-
ла
и
,
следовательно
,
ухудшения
условий
работы
всех
алгоритмов
РЗА
.
5.
Обеспечение
полноценного
резервирования
каналов
свя
-
зи
между
устройствами
РЗА
.
Каждая
из
подсистем
—
ин
-
формационных
«
шин
» —
вы
-
полнена
в
виде
двух
полно
-
стью
идентичных
сетей
A
и
B,
что
в
совокупности
с
при
-
меняемыми
программными
методами
обеспечивает
ре
-
зервирование
по
технологии
PRP (
параллельное
резерви
-
рование
).
При
неисправности
любого
элемента
сети
функ
-
ционирование
продолжается
по
рабочей
сети
без
потери
работоспособности
системы
в
целом
и
отдельных
ее
участ
-
ков
.
6.
Гибкость
системы
РЗА
.
В
от
-
личие
от
традиционных
под
-
станций
,
в
которых
для
реа
-
лизации
новых
функций
РЗА
требуется
прокладка
новых
кабельных
связей
,
в
цифровой
подстанции
для
добавления
или
изменения
связей
между
устройствами
требуется
только
изменение
программной
кон
-
фигурации
сети
.
7.
Возможность
интеграции
в
си
-
стему
разнотипного
оборудова
-
ния
различных
производителей
без
промежуточных
преобразо
-
вателей
и
шлюзов
обеспечива
-
ет
гарантированную
доставку
событий
и
высокое
быстродей
-
ствие
системы
.
8.
Исключение
необходимости
трудоемкого
ремонта
кабель
-
ных
линий
связи
,
когда
при
повреждении
медных
кабелей
традиционной
подстанции
тре
-
буется
поиск
и
замена
повреж
-
денного
кабеля
в
условиях
действующей
подстанции
.
ПЕРСПЕКТИВЫ
ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЦИФРОВОЙ
ПОДСТАНЦИИ
Вышеописанные
преимущества
цифровой
подстанции
в
части
РЗА
актуальны
уже
для
суще
-
ствующего
уровня
развития
нормативной
базы
в
части
экс
-
плуатации
электросетевых
объ
-
ектов
.
При
постепенном
изменении
нормативной
базы
,
а
также
по
-
следующей
комплексной
циф
-
ровизации
энергетики
цифровая
подстанция
обеспечит
и
другие
преимущества
:
–
возможность
дистанционного
изменения
уставок
и
конфигу
-
рации
устройств
в
целях
сниже
-
ния
затрат
на
эксплуатацион
-
ное
обслуживание
подстанции
;
–
еще
большую
гибкость
в
части
используемых
функций
и
алго
-
ритмов
РЗА
,
возможность
применения
функций
и
алго
-
ритмов
,
реализация
которых
невозможна
на
традиционных
подстанциях
;
–
возможность
перехода
к
тех
-
ническому
обслуживанию
«
по
состоянию
» (
в
целях
снижения
затрат
на
эксплуатационное
обслуживание
и
повышения
надежности
функционирования
комплекса
РЗА
);
–
обеспечение
более
совершен
-
ных
алгоритмов
резервирова
-
ния
функций
РЗА
;
–
максимальную
типизацию
про
-
ектных
решений
для
вновь
сооружаемых
и
реконструируе
-
мых
подстанций
.
№
5 (50) 2018
Оригинал статьи: Первая в московском регионе
В мае 2018 года в Московских высоковольтных сетях — филиале ПАО «МОЭСК» введена в работу ПС 110 кВ «Медведевская», первая в московском регионе цифровая подстанция. В данной статье рассматривается, почему же она называется «цифровой подстанцией», и чем отличается от традиционных подстанций, даже тех, на которых широко используются микропроцессорные устройства автоматики и управления.
