ПРЕСС-ЦЕНТР

Обзор требований единой технической политики ОАО «Российские сети» и возможных технических решений по автоматизации распределительных сетей

Релейная защита и автоматизация, 04/Декабрь 2013

Орлов Л. Л., Сергеев К. А., ЗАО «РТСофт», г. Чебоксары, Россия

Аннотация: в статье представлен обзор требований единой технической политики в электросетевом комплексе в части построения систем АСУТП и ССПИ подстанций, а также варианты решения задачи повышения наблюдаемости и управляемости распределительных электрических сетей в условиях финансовых ограничений за счет применения типовых решений по компактным системам автоматизации.

Введение

Консолидация магистральных и распределительных сетевых энергокомпаний в рамках ОАО «Российские сети» открывает новые возможности для повышения эффективности эксплуатации электросетевых объектов.

В то же время, на фоне замораживания роста тарифов на электроэнергию, принятая 3 апреля 2013 года стратегия развития электросетевого комплекса РФ формулирует жесткие целевые ориентиры по повышению надежности, качества электроснабжения и экономической эффективности функционирования и развития электросетевого комплекса РФ [1].

Постановка столь непростых задач привела к выработке следующих основных тенденций инвестиционной и технической политики ОАО «Российские сети» [2]:

  • сокращение затрат ввиду заморозки тарифов;
  • смещение основного акцента при формировании инвестиционных программ на программу технического перевооружения и реконструкции (ТПиР);
  • переход на типовые технические решения, позволяющие снизить стоимость нового строительства и реконструкции сетевых объектов;
  • переход на необслуживаемые технологии, позволяющие не только снизить эксплуатационные затраты, но и свести к минимуму человеческий фактор в обеспечении надежного электроснабжения;
  • утверждение единой технической политики в электросетевом комплексе (ЕТП) и ее обязательная реализация во всех компаниях, входящих в ОАО «Российские сети».

Существующее положение дел по автоматизации подстанций распределительных сетей

В ОАО «ФСК ЕЭС» нормативная база по автоматизации подстанций магистральных сетей (220 кВ и выше) уже разработана в достаточном объеме. Существуют стандарты организации и распорядительные документы, определяющие требования к архитектуре и функциональности систем автоматизации (АСУТП, ССПИ), информационному объему, интеграции смежных систем, а также критерии выбора типа и архитектуры системы автоматизации в зависимости от типа проекта и объема реконструкции ПС. Данный уровень развития нормативной базы позволяет перейти к разработке и тиражированию типовых решений по АСУТП и ССПИ, что должно обеспечить существенное снижение стоимости строительства и реконструкции объектов.

Что же касается распределительных сетей, то уровень автоматизации ПС 35–110 (220) кВ, и особенно 6–20 кВ, значительно отстает от аналогичного показателя в развитых странах. Только 38 % от общего количества центров питания оснащены телесигнализацией и менее 16 % имеют телеуправление [3]. Помимо крайне низкого уровня автоматизации текущее состояние дел в распределительных сетях характеризуется отсутствием достаточного объема нормативной базы, недостаточной функциональностью традиционно применяемых средств телемеханики и излишним разнообразием технических решений в части АСУТП.

На сегодняшний день в практике автоматизации объектов распределительных сетей существуют две крайности:

1) Применение простейших средств телемеханики с минимальной функциональностью.
2) Использование стандартных архитектур ПТК АСУТП, применяемых на объектах магистральных сетей.

Минимальная телемеханика не обладает достаточной функциональностью и масштабируемостью для использования в составе современных АСТУ в соответствии с современными требованиями (не говоря уже о новых требованиях, предъявляемых при создании интеллектуальных сетей) и морально устаревает уже в момент ее установки. Применение же в распределительных сетях архитектур АСУТП, используемых на объектах 220 кВ и выше, приводит к неоправданному увеличению стоимости строительства или реконструкции объектов.

Выбор технического решения, оптимального с точки зрения функциональности и стоимости, до недавнего времени был затруднен. В отдельных МРСК еще в 2012 г. была начата работа по формированию четких критериев выбора архитектуры систем автоматизации [4], но разработка и утверждение ЕТП 2013 года существенно упрощает эту задачу.

Требования ЕТП ОАО «Российские сети» в части систем автоматизации подстанций

Специалистами «РТСофт» был проведен анализ требований ЕТП ОАО «Российские сети» в части систем автоматизации подстанций: АСУТП и ССПИ ([3], п. 2.3.10-2.3.11).

В результате были выявлены следующие основные требования и новые тенденции:

  • В части критериев выбора систем автоматизации для ПС распределительных сетей:
    • необходимость создания ПТК АСУТП (в упрощенном и оптимизированном исполнении) для подстанций 110 кВ и 35 кВ при новом строительстве и комплексной либо масштабной реконструкции ПС.
  • В части построения АСУТП:
    • обеспечение возможности интеграции в ПТК АСУТП ПС технологической информации от смежных подстанций более низких классов напряжения для создания на базе АСУТП головной ПС ПТК центра управления группой подстанций (ЦУГП);
    • применение цифровых УСО (полевых контроллеров) с оптическим интерфейсом и протоколом МЭК 61850-8-1, максимально приближенных к объекту управления, для управления коммутационными аппаратами (за исключением выключателей) и получения дискретной информации от присоединения и других методов оптимизации кабельных проводок для улучшения электромагнитной обстановки на ПС.
  • В части построения ССПИ и ССПТИ:
    • необходимость применения на ПС 6–20 кВ ПТК ССПИ с расширенной функциональностью, в частности:
      • надежное и безопасное телеуправление;
      • прямой ввод ТИ с непосредственным подключением к вторичным цепям ТТ и ТН или к многофункциональным измерительным преобразователям;
      • интеграция МП РЗА и других смежных подсистем по стандартным протоколам цифрового обмена;
    • возможность масштабирования ПТК ССПИ до АСУТП;
    • необходимость создания ПТК системы сбора и передачи неоперативной технологической информации (ССПТИ ПС) на подстанциях 110 кВ и выше.

Предварительные выводы по итогам анализа требований могут быть следующими:

1) Становится актуальным создание ПТК АСУТП на подстанциях распределительных сетей, при этом в большинстве случаев необходима оптимизация архитектуры ПТК. В ЕТП определены основные критерии выбора системы автоматизации (АСУТП или ССПИ), но технические решения по оптимизации ПТК АСУТП недостаточно формализованы.
2) ПТК АСУТП должен обладать достаточной функциональностью для реализации на его базе малых и средних диспетчерских центров (ЦУГП) и элементов цифровых ПС (полевых УСО и контроллеров).
3) ПТК ССПИ должен обладать расширенной функциональностью в сравнении с простейшими системами телемеханики и иметь возможность масштабирования до полномасштабного ПТК АСУТП. Наиболее оптимальной представляется реализация ССПИ и АСУТП на унифицированной программно-аппаратной платформе.

Общие технические решенияпо АСУТП, ССПИ, ССПТИ в свете требований ЕТП ОАО «Российские сети»

Рассмотрим подробнее варианты упрощения и оптимизации ПТК АСУТП подстанции.

Объекты автоматизации можно разбить на следующие группы:

1) ПС 220 кВ и выше.
2) ПС 110 кВ:
a. узловые;
b. неузловые.
3) ПС 35 кВ:
a. узловые;
b. неузловые.
4) РП, ТП, ПС 6–20 кВ.

Кроме класса напряжения необходимо принять во внимание вид работ, проводимых на объекте по основному титулу строительства:

1) Новое строительство или комплексная реконструкция.
2) Некомплексная реконструкция или расширение.
3) Модернизация ССПИ (без реконструкции ПС).

Для анализа архитектуры и функциональности систем автоматизации можно использовать следующий набор основных критериев:

  • Верхний уровень АСУТП:
    • наличие серверов SCADA на ПС, их резервирование;
    • количество АРМ на ПС;
    • возможное совмещение сервера и АРМ;
    • использование удаленных АРМ;
    • применение кластерной архитектуры (мультиклиент-мультисервер с гибким резервированием и удаленным администрированием).
  • Средний уровень АСУТП:
    • резервирование станционного контроллера;
    • оснащение станционного контроллера органами управления и сигнализации;
    • возможное совмещение станционного контроллера и контроллера присоединений.
  • Нижний уровень АСУТП:
    • информационная емкость контроллеров нижнего уровня ПТК;
    • компоновка контроллеров присоединений (количество присоединений на один контроллер);
    • возможное совмещение АУВ и контроллера присоединения в одном устройстве;
    • варианты реализации оперативной блокировки (централизованная или распределенная);
    • реализация измерений и функциональность измерительных устройств.
  • Функциональность и архитектура ПТК АСУТП:
    • применение протокола МЭК 61850 для интеграции МП РЗА;
    • глубина интеграции МП РЗА;
    • динамическая раскраска мнемосхем по различным критериям;
    • поддержка ручного ввода ТС и переносных заземлений;
    • замещение данных при нарушении связи с устройством;
    • автоматическое выполнение последовательностей переключений;
    • возможность реализации ЦУГП на базе ПТК АСУТП ПС;
    • возможность реализации цифровой ПС на базе ПТК АСУТП ПС.

По результатам анализа вышеизложенных критериев выработаны несколько рекомендуемых вариантов типовых архитектур систем автоматизации (АСУТП, ССПИ, ССПТИ):

1) АСУТП-220+ – полномасштабная АСУТП ПС в соответствии с требованиями НТД ОАО «ФСК ЕЭС».
2) АСУТП-110 – оптимизированная АСУТП с установкой минимального верхнего уровня на ПС (сервер SCADA, совмещенный с АРМ).
3) АСУТП-35 – оптимизированная АСУТП без установки серверов верхнего уровня на ПС.
4) ССПИ-220+ – система сбора и передачи информации (ТС, ТИ) с установкой полноценного верхнего уровня на ПС, без функции телеуправления, с интеграцией МП РЗА напрямую либо через ССПТИ.
5) ССПИ-110 – система сбора и передачи информации (ТС, ТИ, ТУ) с функцией телеуправления, с установкой минимального верхнего уровня на ПС, с интеграцией МП РЗА напрямую либо через ПТК ССПТИ.
6) ССПИ-СН – система сбора и передачи информации (ТС, ТИ, ТУ) с интеграцией МП РЗА.
7) ССПТИ – ПТК ССПТИ уровня ПС с возможностью получения технологической информации от ПТК АСУТП/ССПИ ПС и независимого подключения к низовым устройствам.

Предлагаемая модель выбора решений по автоматизации в зависимости от типа объекта и вида проекта приведена в таблице 1.

Табл. 1. Модель выбора решений по автоматизации ПС

Объекты автоматизации Вид работ
Новое строительство
или комплексная
реконструкция
Некомплексная
реконструкция или
расширение
Модернизация ССПИ
(без реконструкции
ПС)
ПС 220 кВ и выше АСУ ТП-220+,
ССПТИ
АСУ ТП-220+,
ССПТИ
ССПИ-220+,
ССПТИ
ПС 110 кВ узловые АСУ ТП-110,
ССПТИ
АСУ ТП-110,
ССПТИ
ССПИ-110,
ССПТИ
ПС 110 кВ неузловые АСУ ТП-110,
ССПТИ
ССПИ-110,
ССПТИ
ССПИ-110
ПС 35 кВ узловые АСУ ТП-35 ССПИ-СН ССПИ-СН
ПС 35 кВ неузловые АСУ ТП-35 ССПИ-СН ССПИ-СН
РП, ТП, ПС 6-20 кВ ССПИ-СН ССПИ-СН ССПИ-СН


Технические решения «РТСофт» по созданию АСУТП, ССПИ, ССПТИ, ЦУГП для подстанций распределительных сетей

Компания «РТСофт» имеет значительный опыт в построении АСУТП, ССПИ и ССПТИ для объектов ОАО «ФСК ЕЭС». Основная платформа для построения АСУТП и ССПИ подстанций – ПТК SMART-SPRECON. На текущий момент разработаны типизированные архитектуры систем автоматизации подстанций в соответствии с вышеуказанной классификацией объектов, реализован ряд пилотных проектов в распределительных сетях. Применение данных технических решений обеспечивает повышение уровня надежности и безопасности и возможность эксплуатации автоматизированных подстанций в необслуживаемом режиме. Стоимость реализации компактных АСУТП на базе ПТК SMART-SPRECON сопоставима со стоимостью традиционных систем телемеханики, а эксплуатационные затраты существенно ниже, что обеспечивает сокращение совокупной стоимости владения подстанцией.

SCADA-система SPRECON-V460 обладает рядом расширенных функций управления электрическими сетями, применяемых при построении малых и средних диспетчерских центров. Благодаря этому на базе ПТК SMART-SPRECON может быть эффективно развернут центр управления группой подстанций (ЦУГП). ЦУГП обеспечивает комплексную автоматизацию группы (куста) подстанций без использования выделенного диспетчерского центра при наличии АСУТП на головной ПС группы, при этом стандартная функциональность ПТК АСУТП подстанции дополняется функциями управления оборудованием смежных подстанций и прилегающей сети.

Подсистема ССПТИ уровня ПС реализуется на базе ПТК SMART-ССПТИ собственной разработки «РТСофт» с поддержкой протокола МЭК 60870-6 TASE.2 (ICCP), аттестованного для применения на объектах ОАО «Российские сети». При внедрении ССПТИ предусматривается разработка CIM-совместимой модели неоперативных технологических измерений и ее объединение с существующей информационной моделью ССПТИ верхних уровней управления.

В целях оптимизации количества электрических кабельных связей, улучшения электромагнитной обстановки на ПС компания «РТСофт» предлагает инновационный подход к построению систем автоматизации ПС и цепей вторичной коммутации на ОРУ – концепцию «ИннЭко» с использованием многофункциональных шкафов полевых контроллеров наружного исполнения.

Особенности и преимущества решений «РТСофт»:

  • Унифицированные решения по АСУТП и ССПИ для ПС с возможностью поэтапного развития от комплекса телемеханики до полнофункциональной распределенной системы управления группой подстанций.
  • Возможность интеграции в АСУТП оборудования РЗА любых отечественных и зарубежных производителей.
  • Интеграция технологий МЭК 61850 и традиционных протоколов МЭК 60870-5-101/103/104.
  • Функциональность АСУТП аналогична решениям ведущих зарубежных производителей, при этом стоимость реализации существенно ниже.
  • Возможность постепенного перехода от систем автоматизации (ССПИ, АСУТП) к цифровым подстанциям.

Примеры реализации компактных решений «РТСофт» по архитектуре «АСУТП-110» показаны на рис. 1–2.

Рис. 1. Архитектура АСУТП-110 для тупиковой ПС 110/10 кВ с применением выделенных контроллеров присоединений

Рис. 1. Архитектура АСУТП-110 для тупиковой ПС 110/10 кВ с применением выделенных контроллеров присоединений

Рис. 2. Архитектура АСУТП-110 для узловой ПС 110/35/10 кВ с максимальным использованием терминалов МП РЗА в качестве контроллеров АСУТП

Рис. 2. Архитектура АСУТП-110 для узловой ПС 110/35/10 кВ с максимальным использованием терминалов МП РЗА в качестве контроллеров АСУТП

При масштабном внедрении систем автоматизации в распределительных сетях особую важность приобретает применение типовых решений. Утверждение ЕТП – это лишь первый шаг стандартизации. В идеале следует стремиться к полной стандартизации структурных схем, функциональности и информационной емкости систем автоматизации (АСУТП, ССПИ, ССПТИ) для ПС распределительных сетей, а также перехода к проектированию ПТК на базе типовых шкафов автоматизации.

При переходе к типовым решениям прогнозируется существенный экономический эффект за счет сокращения затрат по следующим позициям:

  • стоимость оборудования АСУТП, ССПИ – на 10–15 %;
  • разработка РД – на 30–40 %;
  • СМР, ПНР – на 15–20 %.

ПТК SMART-SPRECON является оптимальной платформой для создания типового тиражируемого решения автоматизации подстанций распределительных сетей. Все компоненты ПТК имеют ограниченный набор заранее подготовленных типовых конфигураций, что существенно облегчает и ускоряет работу по их конфигурированию, монтажу и пусконаладке. Гибкая архитектура ПТК и мощные инструментальные средства дают возможность легко наращивать объем и функциональность системы, в том числе и силами заказчика.

Заключение

Решение задачи повышения наблюдаемости и управляемости распределительных электрических сетей в условиях финансовых ограничений – новый вызов для ОАО «Российские сети» и его дочерних компаний.

Единая техническая политика ОАО «Российские сети» подразумевает создание на ПС распределительных сетей компактных систем автоматизации:

  • для ПС 35–110 кВ – полномасштабных или оптимизированных ПТК АСУТП;
  • для ПС 6–20 кВ – многофункциональных ССПИ;
  • для ПС 110 кВ и выше – ПТК ССПТИ уровня ПС.

Компания «РТСофт» накопила значительный опыт в построении АСУТП и ССПИ для магистральных сетей и в типизации технических решений. Сегодня «РТСофт» выступает с инициативой по разработке и внедрению типовых решений по компактным и экономичным системам автоматизации для распределительных сетей.

Внедрение предлагаемого подхода позволит быстро и экономически эффективно решить поставленные задачи.

Литература

1. Стратегия развития электросетевого комплекса Российской Федерации. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 3 апреля 2013 г. № 511-р.
2. «Мы отвечаем за весь электросетевой комплекс». Интервью первого заместителя генерального директора по технической политике ОАО «Российские сети» Бердникова Р. Н. от 22.10.13.
3. Положение о единой технической политике в электросетевом комплексе. Утверждено советом директоров ОАО «Российские сети» (протокол № 138 от 23.10.2013).
4. Материалы научно-технического совета ОАО «МРСК Северо-Запада» (2012–2013 гг.).