The Digital Foundation for Power Grids Reliability

The MAIN JOURNAL for POWER GRID SPECIALISTS in RUSSIA

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In 2022, the Concept for 

the Development of Relay 

Protection, Automation and 

С

omputerized Process Con-

trol Systems of the Inte-

grated Power Grid of the 

Rosseti Group of Companies 

was approved. The Concept 

includes essential measures 

required to ensure the reli-

able operation of the inte-

grated power grid. We talk 

to Alexander SALENOV, Head 

of the Department of Relay 

Protection, Metrology, and 

С

omputerized Process Con-

trol Systems at PJSC Ros-

seti, about the top requested 

technologies and solutions 

to provide the required level 

of automation in the power 

grid sector, as well as Rosseti's efforts to improve relevant 

processes, to organize personnel training and to develop 

common standards in this area. 

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digital transformation

Th

  e Digital Foundation 

for Power Grids Reliability

— Mr. Salenov, what technol-

ogies  does  the  Rosseti  Group 
consider to be the most promis-
ing for the automation of power 
supply network facilities?

—  First of all, we consider the 

possibility  of  using  technologies 
have  already  proven  their  effec-
tiveness  and  reliability  in  indus-
trial  automation.  Foremost  we 
consider  virtualization,  cluster-
ing  and  containerization.  These 
technologies are still used for de-
velopment  of  сomputerized  pro-
cess  control  system.  However, 
now  the  task  we  face  is  devel-
oping  and  testing  a  comprehen-
sive typical technical solution for 
the  automation  of  facilities  using 
the  best  available  technologies. 
We  expect  that  this  will  allow  us 
to  significantly  increase  the  life 
cycle of automation systems and 
to get rid of dependence on inte-
grators  of  comprehensive  solu-
tions,  i.e.  to  "decouple"  software 
and hardware. We also expect to 

increase  the  system  functional 
content upwards the implementa-
tion  of  intellectual  and  analytical 
functions.

—  What  technologies  are 

top requested for improving the 
network  facility  manageability 
at various levels?

—  Currently,  the  top  request-

ed  technologies  are  those  for 
increasing  controllability  from 
upper  level  of  control,  such  as 
dispatch  centres  and  network 
control  centres  in  terms  of  sec-
ondary  equipment  (RPA  devices 
and СPCS). Besides, recently, the 
use of automated forms and auto-
mated  switching  programmes  for 
remote  control  of  primary  equip-
ment and RPA devices has been 
gaining in relevance. While it has 
been  functioning,  remote  repair 
of  equipment  is  considerably  re-
duced  in  time  and  the  possibility 
of  personnel  error  is  completely 
excluded.

EP Shanghai 2023

Special  issue,  November  2023

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—  What are the requirements 

for  current  software  to  repre-
sent network models and to se-
lect RPA set-up values? How are 
these  tasks  solved  under  the 
import substitution policy?

—  In accordance with the Rus-

sian Federation Government Res-
olution No. 2557 dated December 
30,  2022,  technical  passport  and 
calculation  data  of  equipment  in 
CIMXML  format  complying  with 
the  requirements  of  the  Rus-
sian  National  Standard  GOST  R 
58651.1-2019  "National  Grid  and 
Isolated  Power  Systems.  Power 
industry  Information  Model.  Fun-
damental  Principles"  are  used  to 
create and to maintain up-to-date 
digital information models of elec-
tric  power  systems  and  advanced 
calculation  models.  The  software 
used to create the network model 
has to be relevant.

PJSC Rosseti is currently com-

pleting  R&D  to  develop  and  to 
describe  standard  functions,  the 
settings (set-up values), structural 
and  functional  schemes  of  inter-
nal  logic,  lists  and  possible  sta-
tus  of  software  switches,  and  the 
composition  of  logic  sections  of 
microprocessor-based  6-750  kV 
RP (relay protection), NA (network 
automation)  and  EA  (emergency 
automation)  devices  for  II  and  III 
substation architectures. 

A setting gradation (set-up val-

ues)  into  mandatory  parameters 
(for  all  RPA  device  manufactur-
ers)  and  individual  parameters 
(depending  on  the  algorithms  of 
a  particular  manufacturer)  for  the 
software  used  to  calculate  RPA 
device set-up values has been in-
troduced.  Responsibilities  for  the 
development  of  calculation  meth-
ods  and  selection  of  adjustment 
settings  (set-up  values)  and  algo-
rithms  of  RPA  devices  function-
ing  are  allocated  to  owners  of  an 
electric  power  facility  with  regard 
to  mandatory  parameters  (set-up 
values)  and  RPA  manufacturers 
with  regard  to  individual  param-
eters (set-up values).

The advent of optical CTs (cur-

rent transformers) and digital VTs 
(voltage  transformers)  character-
ized by 1% measurement error in 
the worst modes sets up new re-
quirements  to  network  modelling 

and  short  circuit  current  param-
eters  determination.  The  transi-
tion  to  calculation  of  emergency 
parameters  in  phase  values  will 
provide  1%  measurement  er-
ror.  As  a  consequence,  it  will  be 
possible  to  create  mathematical 
models  of  offset  and  sensitivity 
coefficients  with  revision  of  their 
values.  Currently,  standard  func-
tion  blocks  defining  mandatory 
tripping  parameters  are  being 
created in the framework of R&D 
aimed at further type design prac-
tice.  This  will  enable  to  allocate 
tripping  parameter  responsibil-
ity  to  the  operating  organization 
and  manufacturers.  A  software 
package to solve these tasks has 
been  created  and  it  is  being  ex-
panded. It is completely domestic 
and independent on Western pro-
curement.

—  Currently,  PJSC  Rosseti 

has  many  different  types  of 
secondary  digital  equipment 
and  software.  Do  you  have  any 
plans  to  change  approaches  to 
their  service  and  emergency 
maintenance  in  view  of  sanc-
tions  and  the  increasing  com-
plexity  of  procurements?  Are 
there  any  plans  to  change  the 
standards  concerning  the  con-
tent  and  volumes  of  the  emer-
gency  stock  of  spare  parts  for 
digital devices?

—  I  admit  that  the  list  of  mi-

croprocessor-based  RPA  devices 
in  operation  is  so  wide  that  it  is 
impossible  to  provide  operating 
organizations  with  an  appropriate 
stock  of  components  and  devic-
es.  Currently,  PJSC  Rosseti  has 
resolved  the  issue  with  the  main 
manufacturers  of  RPA  and  CPCS 
devices in operation or planned to 
be installed and commissioned at 
Rosseti's  facilities.  The  company 
takes  part  in  technical  support 
(maintenance)  of  RPA  and  CPCS 
devices.  It  enables  the  company 
to improve the reliability of device 
operation  and  to  reduce  the  time 
required to restore their operation-
al status in the case of failure.

Standards  of  emergency  stock 

of RPA and CPCS device compo-
nents  are  determined.  The  stan-
dards  specify  the  minimum  vol-
ume  of  components  required  for 

emergency  stock,  whereby  each 
branch of subsidiaries determines 
the  necessary  list  based  on  the 
composition  of  the  devices  in  op-
eration.

—  The 

requirements 

to 

equipment  and  systems  are 
constantly  demanding,  tough-
ening  and  expanding.  A  tran-
sition  from  type  I  substation 
architecture  to  more  complex 
ones  (II,  III,  IV)  requires  the 
use  of  modern  components. 
Does the company's technical 
policy  take  into  account  the 
opportunities  and  plans  for 
mastering  the  production  of 
electronic  components  by  the 
domestic industry?

—  PJSC  Rosseti,  RPA  and 

CPCS manufacturers and Russian 
manufacturers  of  microelectronic 
components,  take  on  the  task  of 
optimizing  engineering  solutions 
aimed  at  reducing  dependence 
on  foreign  electronic  components 
in the RPA and CPCS device pro-
duction.  Efforts  are  underway  to 
obtain  public  grants  to  organize 
a  complete  production  cycle  from 
manufacturing  electronic  compo-
nent  base  (ECB)  to  device  manu-
facturing with PJSC Rosseti guar-
anteed order.

In  2022,  the  Concept  for  the 

Development  of  Relay  Protection, 
Automation,  and  Computerized 
Process  Control  Systems  of  the 
Integrated Power Grid of the PJSC 
Rosseti Group of Companies was 
approved. Essential measures re-
quired  to  ensure  the  reliable  op-
eration  of  the  integrated  power 
grid  are  set  out  in  this  Concept. 
A consistent approach to creating 
(modernizing,  reconstructing)  and 
organizing  the  operation  of  relay 
protection,  automation  and  com-
puterized process control systems 
of  the  integrated  power  grid  was 
formed, taking into account sanc-
tions  pressure  during  the  manu-
facture  and  secondary  equipment 
procurement as well.

The  concept  defines  the  main 

development  areas  of  relay  pro-
tection and automation, as well as 
computerized process control sys-
tems  of  the  integrated  power  grid 
of  the  Rosseti  Group  of  Compa-
nies until 2029.

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—  How  is  the  work  with  do-

mestic  manufacturers  of  elec-
tronic components arranged?

—  R&D  has  begun  to  analyze 

domestic  ECB  and  the  possibility 
of  creating  microprocessor-based 
relay  protection  devices  made  of 
domestic components. This would 
enable  analyzing  the  up-to-date 
industry  opportunities,  taking  ac-
tion on further development of do-
mestic  ECB  and  assign  the  tasks 
for  production  in  the  near  future. 
The company has a constant con-
tact  with  manufacturers  in  terms 
of  development,  clarification  and 
execution  of  new  requirements  in 
standards and technical documen-
tation. 

—  How  is  the  system  for 

improving  the  knowledge  and 
qualifications  of  personnel  ar-
ranged?

—  In  PJSC  Rosseti  improving 

the  knowledge  and  qualifications 
of  personnel  is  one  of  the  most 
important  challenges,  that  is  ad-
dressed  through  apprenticeship 
at training centres, seminars, and 
interregional  professional  skills 
competitions  for  personnel  in-
volved in maintenance of RPA and 
CPCS devices.

Competitions  are  held  both  to 

improve  the  qualification  of  RPA 
and CPCS personnel and to qualify 
the technical level, practical skills 
and  preparedness  of  RPA  and 
CPCS  personnel  for  joint  actions 
during  maintenance  of  substation 
equipment  with  highly-automated 
control  intelligence,  including  the 
substation  architecture  of  type 
II and III.

The  scope  of  the  event  pro-

vides  both  remote  and  face-to-
face stages. 

In  2021,  the  fi rst  Interregional 

Competitions  consisting  of  two 
stages – remote and face-to-face – 
were  held  at  the  PJSC  Rosseti 
Lenenergo training complex.

The  remote  stage  was  held  as 

videoconferencing  on  the  follow-
ing topics: Remote Monitoring and 
Analysis  of  RPA  Devices  Opera-
tion  and  Remote  Diagnostics  and 
Troubleshooting  of  CPCS/Infor-
mation Acquisition & Transmission 
System. The tasks of the competi-

tion  remote  stage  were  prepared 
on  the  basis  of  real  technological 
failures that occurred in the power 
system.

The  second  stage  of  the  com-

petition was held in the PJSC Ros-
seti Lenenergo training center and 
it  consisted  of  8  stages.  To  test 
the knowledge and practical skills 
of  RPA  and  CPCS  personnel  in 
terms of solutions used at type III 
substations  architecture,  a  stand 
of standard RPA and CPCS cabi-
nets  (type  III  substation  architec-
ture)  from  nine  leading  Russian 
manufacturers was deployed.

In  2022,  professional  skills 

competitions  were  held  for  RPA 
and  CPCS  personnel  on  the  Re-
mote  Analysis  of  Functioning  and 
Diagnostics  of  RPA  and  CPCS 
topic, where, in addition to the per-
sonnel of Rosseti group of compa-
nies,  specialists  of  state  produc-
tion  association  of  the  electric 
power industry "Belenergo" of the 
Republic  of  Belarus  and  students 
from  profession-oriented  univer-
sities  (Vologda  State  University, 
Nizhny  Novgorod  State  Technical 
University,  North-Caucasus  Fed-
eral University and Chuvash State 
University) took part.

PJSC Rosseti also uses a per-

mit  system  for  independent  work 
on RPA devices and auxiliary sys-
tems and equipment, the RPA de-
vices  operation  depends  on.  It  is 
a separate tool to encourage per-
sonnel  to  master  new  equipment. 
Permits are divided into 4 catego-
ries according to the level of com-
plexity  of  devices  and  auxiliary 
systems. To obtain a certain permit 
of the appropriate category for the 
level of complexity of RPA devices 
and  auxiliary  systems,  personnel 
are  first  trained  to  obtain  the  per-
mit to work independently accord-
ing  to  a  pre-designed  individual 
training program. The program de-
termines  the  scope  of  knowledge 
and  the  number  of  hours  for  their 
study,  including  apprenticeship 
in  specialized  personnel  training 
centres,  with  the  appointment  of 
a training supervisor.

For a certain number of permits 

to work independently, an employ-
ee  may  be  granted  a  redundancy 
pay for high qualifications.

—  How  is  the  work  with  the 

scientific  community  arranged 
in  terms  of  improvement  of  re-
lay  protection  schemes  and 
algorithms  of  protection  con-
struction?

—  Currently, 

manufacturers 

work  group  to  analyze  the  de-
veloped  standards  and  technical 
documentation  has  been  orga-
nized.  This  provides  the  possibil-
ity  to  familiarize  with  standards 
and  technical  documentation  in 
advance  and  to  prepare  products 
for  new  requirements.  The  work 
group makes it possible to devel-
op standards and technical docu-
mentation  of  higher  quality,  since 
discussion  by  all  manufacturers 
makes  standards  and  technical 
documentation  more  harmonious 
and  realizable.  The  Department 
also works with Rosseti’s Science 
&  Technology  Council  and  heads 
Section  3  there.  The  discussion 
on  the  RPA  and  CPCS  Develop-
ment Concept during the Science 
&  Technology  Council  allowed  us 
to  introduce  a  significant  scien-
tific component. Currently, we are 
planning to expand our work with 
universities.  Now  Ivanovo  Power 
Engineering  Institute  is  imple-
menting  a  software  package  for 
calculating  emergency  modes  in 
phase coordinates. This will allow 
us  to  abandon  imported  software 
in  the  future  and  to  use  only  do-
mestic software. 

—  One of the most important 

information sources for further 
improvement  of  RPA  systems 
is  interaction  with  the  System 
Operator,  Rostechnadzor,  and 
other  organizations  while  in-
vestigating  the  causes  of  ac-
cidents  and  analyzing  system 
operation  when  responding  to 
associated events. How is such 
work arranged at Rosseti group 
of companies? What experience 
has  been  gained  and  used  for 
further work?

—  In case of technological fail-

ures  in  the  power  system,  a  com-
mission  must  be  appointed,  the 
equipment status must be checked, 
and  the  serviceability  and  correct 
operation  of  RPA  devices  must  be 
analyzed. In case of a gross failure, 

FOCUS

EP Shanghai 2023

Special  issue,  November  2023

17

the commission includes represen-
tatives of the System Operator and 
Rostechnadzor. Based on the com-
mission's  work  results,  measures 
are developed to improve the pow-
er system reliability.

Why wait for an accident when 

it can be prevented? Rosseti group 
of  companies  is  actively  develop-
ing  automated  monitoring  of  RPA 
and  CPCS  devices  supported  by 
the Ministry of Energy of the Rus-
sian  Federation  and  the  System 
Operator:  we  have  issued  organi-
zational  standards  with  technical 
requirements  for  automated  sys-
tems  and  implemented  pilot  proj-
ects. In the near future, we plan to 
finalize the Russian National Stan-
dard with requirements for an auto-
mated monitoring system for RPA 
devices and CPCS equipment and 
to  start  replicating  the  developed 
solutions at substations of Rosseti 
group of companies  (the list of pri-
ority  substations  for  implementa-
tion has been compiled jointly with 
System Operator).

Currently,  the  power  industry 

continues  to  develop  the  Unified 
Information  Model  of  the  power 
system  for  creating  a  common 
information  model  and  a  unified 
format  for  information  exchange, 
ensures  integration  of  databases 
between  different  hardware  and 
software  packages  and  exchange 
of  technological  information  be-

tween  energy  companies.  In  co-
operation with the System Opera-
tor,  the  relevant  Russian  National 
Standard  with  requirements  for 
unification  of  the  RPA  device 
structure was approved. 

Moreover,  the  Rosseti  group 

of  companies  continues  the  digi-
talization  of  business  processes 
related  to  the  organization  of  op-
eration  and  maintenance  of  RPA 
and  CPCS  devices,  wherefore 
purpose  the  Operation  software 
and  hardware  suite  is  being  de-
veloped.

The  Operation  software  and 

hardware  suite  contains  a  tool 
for  online  monitoring  of  function-
ing  and  index  figures  of  RPA  op-
eration, that enables us to prevent 
an  emergency  situation,  to  detect 
a  faulty  device  or  an  error  in  the 
setting  or  an  operation  algorithm, 
to develop anti-accident measures 
and  to  ensure  control  of  their  ex-
ecution using computer-aided pro-
cedures.

—  Summarizing  the  above, 

what  development  priorities 
should be addressed in the near 
future?

—  Relay  protection  and  com-

puterized  process  control  sys-
tems  are  one  of  the  most  knowl-
edge-intensive  and  innovative 
areas.  On  the  one  hand,  this 
opens  up  multifold  possibilities 

for development, and on the oth-
er  hand,  this  calls  for  thoroughly 
analyzing  the  results  of  imple-
menting innovative solutions and 
making timely adjustments to de-
velopment plans.

Progressive  advance  in  devel-

opment  should  always  be  in  line 
with the main goals and objectives 
of  the  integrated  power  grid.  Im-
portant components of a balanced 
approach  are  the  assessment  of 
technical  and  economic  perfor-
mance  of  implemented  technical 
solutions throughout the entire life 
cycle  of  equipment,  analyses  of 
operation  and  active  involvement 
of operation staff in advanced de-
velopments,  implementation  and 
mastering of new equipment. The 
highest  priority  task  is  undoubt-
edly  the  import  substitution  of 
key components that make up the 
structure  of  RPA  and  CPCS  con-
struction,  while  maintaining  pro-
gressive advance in development. 
Close  cooperation  with  the  sci-
entific  community,  including  uni-
versities,  RPA  and  CPCS  device 
manufacturers and domestic ECB 
manufacturers,  introduction  of 
new  tools  for  equipment  support 
throughout  the  entire  life  cycle  is 
the  key  to  successful  solution  of 
this task.

Interviewed by

Vsevolod Pimenov

RPA at the Lesnaya 220 kV substation of PJSC Rosseti branch – MES of Siberia