ПРЕСС-ЦЕНТР

Инжиниринг систем автоматизации в соответствии со стандартом МЭК 61850

Релейная защита и автоматизация, №1/2013 г.

Орлов Леонид Леонидович, директор направления автоматизации подстанций ЗАО «РТСофт», Сергеев Константин Анатольевич, главный специалист АСУ ТП подстанций ЗАО «РТСофт».

В статье представлен практический опыт внедрения АСУ ТП и РЗА с поддержкой технологии МЭК 61850, демонстрирующий, что во многих случаях оптимальным принципом системного инжиниринга является сочетание методов «сверху вниз» и «снизу вверх». Такой подход обеспечивает возможность комбинирования в одном проекте интеллектуальных устройств различных производителей, а также сокращение трудозатрат на внедрение, наладку и последующие модификации АСУ ТП энергообъектов.

Введение

В настоящее время роль стандарта МЭК 61850 в автоматизации энергообъектов во всем мире все более возрастает. Один из основополагающих разделов этого стандарта посвящен описанию базовых принципов системного инжиниринга и управления проектами. Реализация инжиниринга цифровых систем в соответствии с МЭК 61850-6 ([1], [2]) должна производиться одним из следующих методов:

  1. Методом, условно называемым «сверху вниз» (top-down engineering), при котором за основу для конфигурирования системы принимается однолинейная схема ПС и требуемые функции РЗА и АСУ ТП;
  2. Методом «снизу вверх» (bottom-up engineering), при котором отправной точкой считаются функциональные возможности уже выбранных Заказчиком устройств РЗА и АСУ ТП;
  3. В ряде случаев оптимальным представляется комбинированный подход с использованием заранее подготовленных сконфигурированных шаблонов.

В настоящей статье рассматриваются вопросы выбора оптимального подхода к инжинирингу с точки зрения их практической реализуемости в реальных проектах в настоящее время и в ближайшей перспективе.

Сравнительный анализ подходов к инжинирингу по МЭК 61850-6

С точки зрения конечного пользователя, использование МЭК 61850 сегодня должно обеспечивать достижение следующих целей:

  1. Функциональность системы, максимально отвечающую требованиям Заказчика;
  2. Снижение затрат на создание и дальнейшую эксплуатацию систем РЗА и АСУ ТП (в том числе за счет упрощения интеграции и обеспечения совместимости оборудования РЗА и АСУ ТП различных производителей);
  3. Возможность простого и экономически эффективного расширения ранее поставленных систем при будущих расширениях или реконструкциях ПС;
  4. Сокращение затрат на содержание собственного оперативного и инженерного персонала (за счет снижения трудозатрат и требований к квалификации технических специалистов Заказчика).

Основной фактор, сдерживающий освоение технологии МЭК 61850, – это недостаточное количество технических специалистов – экспертов по МЭК 61850 в штате сетевых компаний. Целесообразность же расширения штата подобными экспертами для руководителей сетевых компаний неочевидна.

С точки зрения стандарта МЭК 61850-6 более предпочтителен и перспективен инжиниринг по методу «сверху вниз». Данный подход был уже опробован в Западной Европе в рамках пилотных и коммерческих проектов. Некоторые из первых мультивендорных проектов, в которых инжиниринг выполнен в основном по методу «сверху вниз», реализованы компанией Sprecher Automation в Нидерландах еще в 2009 г. В соответствии с требованиями Заказчика, обеспечена совместимость инструментальных средств ПТК АСУ ТП с ПО конфигурирования системы (SCT) независимого производителя. Для реализации полноценного инжиниринга «сверху вниз» контроллеры присоединений SPRECON-E-C и устройства РЗА поддерживают гибкую модель данных и настраиваемую адресацию. Имеется сертификат KEMA на данную реализацию гибкой модели данных в этих устройствах. Все вышеуказанные возможности включены в состав ПТК SMART-SPRECON производства ЗАО «РТСофт» и применяются на энергообъектах в России. ПТК SMART-SPRECON не только тесно интегрирован с ПО конфигурирования системы SCT, но и может применяться совместно с инженерным ПО других независимых производителей.

Вместе с тем следует отметить, что на сегодняшний день инжиниринг реальных проектов по методике «сверху вниз» в полном объеме (см. рис. 1) практически невозможен.

Рис. 1. Инжиниринг по методике "сверху-вниз"

Рис. 1. Инжиниринг по методике «сверху-вниз»

Дело в том, что в реализации инжиниринга «сверху вниз» необходимо активнейшее участие Заказчика. На стадии проектирования силами Заказчика (или подрядчика, с обязательным согласованием со стороны Заказчика) должна составляться спецификация подстанции, в которой описывается необходимый функционал устройств. Для этого необходимо использовать только программные продукты, независимые от производителей оборудования РЗА и АСУ ТП. Готовая спецификация подстанции должна в рамках конкурсных процедур передаваться производителям оборудования, и те, в соответствии со спецификацией, должны предлагать интеллектуальные электронные устройства. В реальности такого не происходит, поскольку у Заказчика, как правило, нет достаточного количества экспертов в области стандарта МЭК 61850.

Кроме того для конфигурирования устройств различных производителей в любом случае используются их собственные инструментальные средства. Интеграция данных конфигураторов с общесистемными инструментальными средствами недостаточно формализована в рамках первой редакции стандарта МЭК 61850-6 и в различной степени реализована в ПО различных производителей. Продукты и инструментальные средства некоторых производителей (например, устройства SIEMENS серии SIPROTEC 4) на текущий момент реализованы по принципу «снизу вверх», сочетают в себе функциональность конфигуратора устройств и частично конфигуратора системы и не поддерживают процесс инжиниринга «сверху вниз».

Программные продукты, независимые от производителей оборудования, существуют (например, ПО «H&S SCT», «Atlan» и др.), но в большинстве случаев фирменное ПО для конфигурирования устройств с ними несовместимо и требует доработки или дополнительной работы по интеграции.

В мае 2012 года организация VLPGO, в которую входят крупнейшие мировые энергетические компании, также отметила, что реализация систем с поддержкой протоколов стандарта МЭК 61850 требует значительных усилий по их проектированию и наладке, что обусловлено отсутствием полноценных независимых программных продуктов для проектирования систем. Специалисты вынуждены использовать частные инструменты, предлагаемые каждым отдельным производителем, что затруднительно в условиях использования парка устройств различных фирм. [3]

Таким образом, с одной стороны, Заказчик считает необходимым использование стандарта МЭК 61850 на своих подстанциях, но, с другой стороны, не обладает достаточными для этого кадровыми ресурсами, а реально существующие на рынке продукты не поддерживают инжиниринг по методу «сверху вниз».

В сегодняшних реальных проектах средства конфигурирования системы должны поддерживать не только подход «сверху вниз», но и «снизу вверх», а также возможность различных комбинаций этих подходов в одном проекте.

В каждом конкретном проекте тот или иной подход должен выбираться исходя из:

  • выбора производителей оборудования АСУ ТП и РЗА, и, соответственно, их поддержки того или иного метода инжиниринга;
  • необходимости обмена данными между устройствами разных производителей по технологии GOOSE;
  • наличия экспертов по стандарту МЭК 61850 у Заказчика.

Сложившаяся ситуация послужила стимулом для компаний «РТСофт» и Sprecher Automation к созданию концепции упрощенного инжиниринга. Эта концепция позволяет удовлетворить потребности Заказчика, не требуя при этом от него глубоких познаний в стандарте. В ней реализована упрощенная процедура создания модели данных устройств АСУ ТП и интеграции устройств любых производителей, поддерживающая различные форматы SCL-файлов, а также простой механизм интеграции в ПТК АСУ ТП устройств, не поддерживающих МЭК 61850.

Благодаря этому появляется возможность свободного выбора оборудования РЗА различных производителей даже в рамках одного проекта и его простой интеграции в АСУ ТП, что позволяет создавать экономически более эффективные решения.

Практический опыт создания РЗА и АСУ ТП в соответствии с МЭК 61850

На ряде объектов филиала ОАО «ФСК ЕЭС» – МЭС Востока (ПС 220кВ «Широкая», «Спасск», «Береговая» и др.) компания «РТСофт» использовала подход к инжинирингу «снизу вверх» (см. рис. 2), что было обусловлено использованием в этих проектах устройств РЗА и контроллеров присоединений производства SIEMENS. Основные этапы инжиниринга АСУ ТП ПС в данной конфигурации были следующими:

  • создание конфигурации РЗА в ПО DIGSI, на выходе которого генерировался SCD-файл конфигурации подстанции;
  • импорт SCD-файла в инструментальное ПО АСУ ТП для обеспечения информационного обмена между РЗА SIEMENS и ПТК SMART-SPRECON.

Рис. 2. Инжиниринг по методике "снизу-вверх"

Рис. 2. Инжиниринг по методике «снизу-вверх»

Таким образом, в ряде случаев конфигурационное ПО, предоставляемое производителем устройств РЗА, может использоваться в качестве ПО для конфигурирования системы в целом.

Крупнейший проект, выполненный таким образом, – это ПС 220/110/35/10кВ Спасск. Общее количество устройств РЗА и контроллеров присоединений серии SIPROTEC 4, интегрированных в ПТК АСУ ТП, – 127 шт.

Один из первых и крупнейших проектов, в котором применяется РЗА производства «Экра» с поддержкой МЭК 61850, – это ПС 220 кВ Борская МЭС Волги. Используется ПТК АСУТП SMART-SPRECON производства «РТСофт». Подход к инжинирингу по МЭК 61850 – комбинированный (см. рис. 3).

Рис. 3. Инжиниринг по комбинированной методике

Рис. 3. Инжиниринг по комбинированной методике

Устройства РЗА конфигурируются индивидуально собственным специальным программным обеспечением, на выходе которого для каждого отдельного устройства генерируется CID-файл конфигурации. Наличие заранее сконфигурированных устройств присуще методике инжиниринга «снизу-вверх». В то же время конфигурации контроллеров присоединений SPRECON-E-C и системы в целом создаются в ПО конфигурирования системы (SCT), что соответствует методике инжиниринга «сверху-вниз».

В составе ПТК АСУ ТП ПС 220/110/10 кВ «Борская» более 30 контроллеров присоединений. Предусматривается интеграция более 100 устройств РЗА.

ПС 220 кВ Амур МЭС Востока – первый проект, который будет выполнен по технологии упрощенного инжиниринга. В составе ПТК АСУ ТП более 20 контроллеров присоединений, более 50 других ИЭУ. Предусматривается интеграция более 70 устройств РЗА по МЭК 61850.

Заключение

Инжиниринг по принципу «сверху вниз» в перспективе сможет предоставить пользователю больше преимуществ, но на сегодняшний день, в силу рассмотренных ограничений, для использования в реальных проектах более эффективным представляется комбинированный подход с применением средств упрощенного инжиниринга.

На сегодняшний день ПТК SMART-SPRECON поддерживает все перечисленные методы, что позволяет легко интегрировать оборудование РЗА различных производителей и сократить общие затраты на создание и эксплуатацию систем РЗА и АСУ ТП ПС.