Надежность цифровой подстанции

08.05.14 14:26

Текущие задачи

В первую очередь, хотелось бы отметить, что в освоении технологии «Цифровая подстанция» (ЦПС) российские специалисты не отстают от зарубежных коллег, как порой утверждают некоторые. Напротив, нам не раз доводилось сталкиваться с тем, что у нас уже найдены решения, о которых в других странах пока даже не слышали. 

О преимуществах ЦПС много говорят. Мы знаем, что при переходе на эту технологию можно получить более высокое быстродействие, помехозащищенность, повышение точности измерений, сокращение количества кабельных связей и ряд других преимуществ. Сегодня создается инновационное оборудование, проработаны стандарты, запущены пилотные проекты, но пока никто к промышленному применению цифровых подстанций не перешел. 

Столкнувшись с задачей автоматизации оборудования ЦПС, мы поняли, что без пристального рассмотрения вопросов, связанных с надежностью, переход к промышленному внедрению технологии становится проблематичным. 

На наш взгляд, для такого перехода необходимо решить ряд стратегических вопросов. В первую очередь, создать общеотраслевую нормативно-техническую базу по разработке, проектированию и эксплуатации ЦПС, в том числе выполнить полный перевод стандарта МЭК 61850 и признать его в рамках российских стандартов. Об этом говорят годами, но этого до сих пор нет. 

Во-вторых, необходимо определить стратегические пути развития систем защиты, в том числе оптимальную структуру ЦПС в целом и структуру построения отдельных систем. Должна ли она быть централизованной или децентрализованной, должны ли дублироваться функции и т.д. Это тоже очень большой вопрос, и я думаю, что только на практике удастся получить некоторые ответы.

Также важно решить вопросы метрологической аттестации систем автоматизации и управления, в том числе систем АИИСКУЭ с поддержкой МЭК 61850-9-2. Еще одна задача связана с разработкой специализированного инструментария и обучением специалистов по проектированию ЦПС.

И, наконец, необходимо накопить статистику и провести анализ надежности оборудования подстанции. Особенно хотелось бы подчеркнуть, что анализ надежности должен идти в комплексе с анализом технико-экономических показателей. Очевидно, что с одной стороны, можно сделать очень надежное решение, но оно будет и очень дорогим, а можно — простое и дешевое. Надо найти некую «золотую середину». 

 

Факторы надежности

В первую очередь надежность цифровой подстанции зависит от надежности локальной вычислительной сети и надежности отдельных элементов ПС. Здесь мы говорим не только о надежности новых элементов, к примеру, оптических и электронных трансформаторов тока и напряжения или выносных УСО, но и о традиционных интеллектуальных электронных устройствах — контроллеры АСУ ТП, РЗА, АИИСКУЭ. Дело в том, что с внедрением стандарта МЭК 61850 последние претерпели существенные изменения. Появились требования к децентрализации, изменились способы ввода исходных данных, работы с GOOSE-сообщениями и т.д. Необходимо учитывать задержки в передаче мгновенных значений тока и напряжения и ряд других проблем, связанных с сетевой природой технологии ЦПС. В результате, в отношении привычных устройств тоже появились вопросы по надежности.

Следующий фактор — надежность системы единого времени. Для цифровых подстанций надежность синхронизации — критически важная величина для работы ряда элементов, особенно с появлением шины процесса. 

Третий момент — надежность т.н. «человеческого фактора». Обеспечение функциональной надежности ложится и на производителей интеллектуальных устройств, и на персонал, который должен правильно настроить и впоследствии эксплуатировать это оборудование. 

И, наконец, на надежность ЦПС влияет совокупность архитектурных решений при построении систем автоматизации и управления.  

 

Методы повышения надежности

Существует несколько методов повышения надежности ЦПС. Это использование физического и логического сегментирования сети, разделение сети на шину процесса и стационарную шину, использование протоколов резервирования и соответствующей топологии сети Ethernet. И, наконец, повышение надежности сети за счет выбора оборудования с высокими показателями надежности.

Все устройства, используемые на ЦПС, должны тестироваться на специализированных испытательных стендах с использованием современного испытательного оборудования. 

Отдельная проблема — проектирование цифровых подстанций. В проектных институтах зачастую еще не осознали, что эти технологии — уже реальность. Мы проводили курсы для проектировщиков и знаем, что людям трудно переключиться с одной системы на другую, потому что работают они по-разному. В проектных организациях зачастую отсутствует современное программное обеспечение для решения новых задач.

К примеру, новый подход к проектированию, соответствующий стандарту МЭК 61850, обеспечивает система автоматизированного проектирования SCADA Studio. С ее помощью можно проектировать «сверху вниз» — от однолинейной схемы подстанции к устройствам и взаимодействию между ними. Система обеспечивает тестирование и моделирование проекта подстанции, а также взаимодействие со сторонними программными продуктами.

Еще одно требование к системе автоматизации проектирования на базе МЭК 61850 — возможность визуального представления информации для пользователя. 

Все это — большие задачи на перспективу. Но кое-что с точки зрения повышения надежности можно сделать уже сегодня. Во-первых, использовать отдельные УСО и цифровые трансформаторы для работы основных и резервных терминалов РЗА. А во-вторых, максимально использовать возможности стандарта МЭК 61850. Имеется в виду возможность свободного распределения функций между интеллектуальными электронными устройствами и их дублирование в различных устройствах.

Еще один путь — использование симуляторов, с помощью которых также можно тестировать проект до внедрения на объекте. Симулятор играет роль устройства уровня присоединения наравне с физическими устройствами.

 

Методы оценки 

Оценка надежности ЦПС — комплексная задача, и для ее решения необходимо совмещать различные методы. Мы должны оценить как структурную, так и функциональную надежность. Для этого можно использовать классические методы теории надежности — аналитический метод, метод дерева отказов, таблично-логический метод. Совместное использование методов позволяет получить наиболее точную оценку.

 

Выводы

Мы убеждены, что отсутствие системного подхода к вопросам построения надежной структуры ЦПС служит сдерживающим фактором при внедрении новых технологий. При проектировании цифровых подстанций должны использоваться все доступные методы повышения надежности. 

Надежность конечного проекта должна быть проверена с использованием программных инструментов, построенных на известных методиках теории надежности. Только в этом случае можно рассчитывать на надежное функционирование ЦПС.

Чтобы свести к минимуму возможные риски, принципы и пути дальнейшего развития технологии «Цифровая подстанция» в России должны быть прозрачны и доступны для широкого обсуждения энергетической общественностью. Необходимо в самое ближайшее время провести ряд научно-исследовательских работ, связанных с оценкой надежности технологии ЦПС.

 

Татьяна Горелик, технический директор ООО «Энергопромавтоматизация»

Записала Кира Патракова

По материалам UPGrid 2013

Читайте также: