Цифровая подстанция - важный элемент интеллектуальной энергосистемы оао «нтц электроэнергетики» оао «институт «энергосетьпроект» зао «итц «континуум плюс» - презентация. Цифровая ячейка (цифровая подстанция) Эксплуатация трансформаторных подстанций с цифр
ЦИФРОВАЯ
ПОДСТАНЦИЯ
ЦИФРОВАЯ
ПОДСТАНЦИЯ
ИНТЕРАКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМАМИ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ПОДСТАНЦИИ ЧЕРЕЗ СЕНСОРНУЮ ПАНЕЛЬ ПРОМЫШЛЕННОГО КОНТРОЛЛЕРА
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ ТЕРМИНАЛЫ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ, СЧЕТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ ПРОТОКОЛЫ МЭК 61850
ТРАДИЦИОННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ СОВМЕСТНО С УСТРОЙСТВОМ СОПРЯЖЕНИЯ ШИН
ИЗМЕРЕНИЯ, УПРАВЛЕНИЕ И СИГНАЛИЗАЦИЯ РЕАЛИЗОВАНЫ В SCADA-СИСТЕМЕ С УПРАВЛЕНИЕМ ЧЕРЕЗ ПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЬЮТЕР С СЕНСОРНОЙ HMIПАНЕЛЬЮ
Что такое цифровая подстанция?
Это подстанция, оснащенная комплексом цифровых устройств, обеспечивающих функционирование систем релейной защиты и автоматики, учета электроэнергии, АСУ ТП, регистрации аварийных событий по протоколу МЭК 61850.
Внедрение МЭК 61850 дает возможность связать всё технологическое оборудование подстанции единой информационной сетью, по которой передаются не только данные от измерительных устройств к терминалам РЗА, но и сигналы управления.
Эксклюзивное решение стало доступным
Стандарт МЭК 61850 очень хорошо известен на подстанциях с классом питающего напряжения 110кВ и выше, мы предлагаем решение по применению данного стандарта в классах 35кВ, 10кВ и 6кВ.
Зачем необходима цифровая подстанция?
Сокращение времени проектирования на 25%
Типизация схемных и функциональных решений. Сокращение числа функциональных цепей, клеммных рядов в релейных отсеках ячеек.
Сокращение объема монтажных и наладочных работ на 50%
Применяется решение высокой заводской готовности. На заводе производится монтаж оборудования КРУ по главным и вспомогательным цепям. Прокладываются межшкафные связи систем оперативного тока, монтируются системы АСУ ТП, АСКУЭ. Осуществляется параметрирование, конфигурирование и тестирование систем РЗиА.
Сокращение затрат на обслуживание на 15%
Переход от проведения планового технического обслуживания по времени к обслуживанию по состоянию оборудования за счет On-line диагностики состояния оборудования. Тем самым снижается количество выездов работников для проведения регламентых работ.
100% оперативных переключений производится дистанционно с видеоконтролем операций
Простая интеграция всех систем в единое цифровое пространство позволяет управлять подстанцией безопасно и оперативно, а также встраивать в систему АСУ ТП других уровней.
Как это работает?
ЦИФРОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ МЭК 61850
Заказчику поставляются цифровые комплектные трансформаторные подстанции 100% заводской готовности, включая все основные подстанционные системы: АСУ ТП, АСКУЭ и СН.
КРУ «Классика» обладают современной архитектурой и по своим конструктивным и эксплуатационным параметрам в наивысшей степени отвечают всем современным требованиям. Благодаря широкой сетке схем главных цепей достигается высокая гибкость решений при проектировании и применении КРУ.
Все ячейки КРУ 10 кВ, устанавливаемые в подстанцию, оборудованы электроприводом заземляющего разъединителя и выдвижного кассетного элемента с выключателем.
Модуль SKP – специальный электротехнический контейнер с утеплением, оснащенный системами освещения, обогрева и вентиляции и встроенным в него электрооборудованием.
Данные модули обладают высокой заводской готовностью с малыми сроками монтажа и наладки, что наряду с высокой антикоррозионной стойкостью и возможностью эксплуатации в суровых климатических условиях делает их незаменимыми в построении комплектных трансформаторных подстанций.
■ Модульное здание не требует обслуживания в течение всего срока службы.
■ Завод-изготовитель дает гарантию на антикоррозийную защиту и покраску на весь срок службы.
■ Модульное здание имеет мощность тепловых потерь не более 4 кВт в режиме нормальной эксплуатации (температура снаружи -40 °С, температура внутри +18 °С) и 3 кВт в режиме энергосбережения (температура снаружи -40 °С, температура внутри +5 °С).
Модули SKP выполнены из металла с алюмоцинковым покрытием (Al-55%-Zn-45%), обеспечивающим гарантированную защиту от коррозии на весь срок службы модулей.
Как это работает?
Как это работает?
ЦИФРОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ МЭК 61850
Шкафы КРУ оснащены микропроцессорными терминалами защиты и автоматики, а также аналого-цифровыми преобразователями. Преобразования аналоговых сигналов в цифровые не выходят за пределы одного шкафа КРУ.
Для работы защит УРОВ, ЗМН, АВР, ЛЗШ, дуговой защиты, ДЗТ, ОБР необходимо наличие межтерминальной связи. Благодаря применению протокола МЭК 61850 все сигналы между терминалами передаются по одному оптическому кабелю или одному кабелю Еthernet. Таким образом, обмен между шкафами осуществляется только по цифровому каналу, который исключает необходимость в традиционных цепях, соединяющих шкафы.
Использование оптического кабеля или кабеля Еthernet вместо обычных сигнальных кабелей снижает длительность и стоимость простоя подстанций в процессе реконструкции вторичного оборудования и создает возможность для легкой и быстрой переконфигурации системы РЗиА.
Большая часть дискретных сигналов, передаваемых между устройствами РЗиА, прямо влияет на скорость ликвидации аварийного режима, поэтому передача сигнала осуществляется при помощи прокола МЭК 61850-8.2. (GOOSE), который отличается высоким быстродействием.
Время передачи одного пакета данных GOOSE
сообщения не превышает 0,001 секунды.
Было Стало
Передача измерений и дискретных сигналов от устройств РЗиА в систему АСУ ТП проивзодится по протоколу MMS (с использованием сервисов буферизированных и небуферизированных отчетов). При работе систем телесигнализации и телеизмерения происходит передача большого объема данных. Для снижения нагрузки на информационную сеть используется протокол MMS, который характеризуется компактностью передаваемой информации.
Как это работает?
Протокол передачи данных МЭК 61850 обеспечивает возможность самодиагностики оборудования и всех систем, установленных на подстанции, в режиме реального времени. В случае выявления отклонений от нормального режима работы, системой автоматически задействуется резервная схема, а оперативному персоналу выдается соответствующее сообщение.
Система анализирует полученные данные и формирует рекомендации по техническому обслуживанию оборудования, что позволяет изменить принцип работы с регулярных плановых профилактических работ на работу по факту появления неисправностей. Данный принцип работы дает возможность снизить затраты на персонал по содержанию оборудования.
Благодаря протоколу МЭК 61850 со стандартизированным интерфейсом при проектировании подстанции возможно применение оборудования любых производителей, поддерживающих данный протокол. ЦПС имеет возможность легко интегрироваться в систему АСУ ТП верхнего уровня.
Как это работает?
ЦИФРОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ МЭК 61850
В цифровой подстанции ЭТЗ Вектор реализовано полное телеуправление всеми коммутационными аппаратами присоединений: выключателем, выкатным элементом, заземлителем. Таким образом, полное управление подстанцией осуществляется удаленно, что существенно повышает безопасность персонала.
Сбор информации со всей подстанции и управление коммутационными аппаратами в режиме реального времени осуществляется при помощи Scada-системы, которая входит в базовую комплектацию всех цифровых подстанций ЭТЗ Вектора.
Предусматривается наличие автоматизированного рабочего места для оперативного персонала на подстанции и\или в диспетчерском пункте. Scada-система позволяет визуализировать сигналы и события, происходящие на подстанции, и предоставляет подробную информацию о сигнале тревоги или событии в графическом отображении.
Дополнительно одной из функцией Scada-системы является трансляция видеоизображения с камер, установленных в отсеках ячеек, что позволяет следить за состоянием коммутационных аппаратов.
Scada –система легко интегрируется с любыми программными системами верхнего уровня, поэтому не составит труда включить подстанцию в единое цифровое пространство энергорайона.
В.М. Зинин (ОАО “НИПОМ”)
А.М. Подлесный (ООО “ИнСАТ”)
В.Г. Карантаев (ОАО “ИнфоТеКС”)
Используемые технологические решения единой энергетической сети (ЕЭС), созданной более 60 лет назад, по многим параметрам подходят к границе эксплуатационных возможностей. Согласно концепции развития ЕЭС, разработанной в 2011 году , следующим шагом может стать интеллектуальная система с активно-адаптивной сетью (ААС), в зарубежной терминологии – Smart Grid. Процесс повышения уровня автоматизации объектов ЕЭС уже идет, привнося новые технологии, применение которых порождает не только всевозможные сложности чисто технологической реализации, но и риски информационной безопасности.
Одной из важнейших составных частей концепции Smart Grid является цифровая подстанция (ЦПС). Под ЦПС понимается подстанция с высоким уровнем автоматизации управления, в которой практически все процессы информационного обмена как между элементами ЦПС, так и с внешними системами, а также управления работой ЦПС осуществляются в цифровом виде на основе протоколов МЭК, в частности по открытому объектно-ориентированному стандарту МЭК 61850. В соответствии с данным стандартом устройства должны поддерживать (рис. 1): возможность приема выборок мгновенных значений (Simpled Values), аналоговых сигналов токов/напряжений, возможность публикации/подписки на GOOSE-сообщения, возможность информационного обмена по технологии “клиент-сервер” по протоколу MMS. MMS работает поверх стека TCP, что влияет на скорость передачи данных, поэтому MMS зачастую используется для решения задач по передаче не критичных к задержкам данных, например передачи команд телеуправления, сбора данных телеизмерений и телесигнализации и их передаче в верхний уровень – SCADA-системы. В отличие от MMS-протокола, GOOSE, наоборот, может использоваться для передачи “быстрых сигналов”, например команд отключения выключателя от защиты, за счет того, что данные в этом протоколе назначаются непосредственно в кадр Ethernet в обход стека TCP .
Вновь создаваемые программно-аппаратные комплексы, такие как цифровая подстанция, должны соответствовать действующим нормативно-правовым актам РФ, а также учитывать лучшие мировые практики построения систем киберзащиты.
Удовлетворяющая сформулированным требованиям ЦПС должна иметь высокотехнологичные средства защиты от кибератак, поскольку она в первую очередь является объектом критической информационной инфраструктуры (КИИ), о чем свидетельствует проект Федерального закона № 47571-7 “О безопасности КИИ Российской Федерации”, рекомендованный Комитетом Государственной Думы по энергетике и принятый в первом чтении 27 января 2017 года. Этот законопроект определяет основные принципы госрегулирования в сфере защиты КИИ страны в целях ее устойчивого функционирования при компьютерных атаках. Он был разработан с целью реализации “Доктрины информационной безопасности
Российской Федерации”, утвержденной Президентом России 5 декабря 2016 года, в рамках которой защита КИИ определяется как одна из стратегических целей. Согласно законопроекту “к критической инфраструктуре относятся информационные системы и телекоммуникационные сети госорганов, автоматизированные системы управления технологическими процессами, функционирующие в оборонной промышленности, области здравоохранения, транспорта, связи, кредитно-финансовой сфере, энергетике, топливной, атомной, ракетнокосмической, горнодобывающей, металлургической и химической промышленности”.
Детализируя указанные требования, создаваемая ЦПС должна обладать следующими характеристиками, обеспечивающими киберзащиту объекта:
- создаваться на российской доверенной аппаратно-программной платформе с основными компонентами (операционная система, микропроцессор, контроллер периферийных интерфейсов, базовая система ввода/вывода), разработанными в РФ силами российских специалистов и имеющими
- полную конструкторскую документацию;
- учитывать положения стандартов, разработанных группой IEC TC57: IEC 61850, IEC60870, IEC 62351, в части безопасности коммуникационных протоколов, а также требования стандарта INL Cyber Security Procurement Language 2008, серии стандартов ISO/IEC 27000 в части общих принципов
- обеспечения безопасности цифровых систем управления и ГОСТ-Р МЭК 62443-3-2013;
- использовать российские гостированные криптографические алгоритмы, которые встраиваются в каждый элемент или каждую подсистему цифровой подстанции.
Еще одной отличительной особенностью построения технологических систем управления в электроэнергетике является то, что применение криптографических средств защиты информации (СКЗИ) в них не должно снижать производительность, так как длительность переходных (аварийных) процессов составляет десятки микросекунд. Во многих применяемых сегодня микроконтроллерах встраивание элементов кибербезопасности либо изначально не предусмотрено разработчиком, либо невозможно, так как их встраивание не позволит обеспечить требуемое быстродействие.
Опираясь на многолетний опыт работы и знания в своих предметных областях, специалисты компаний ОАО “НИПОМ”, ООО “ИнСАТ”, ОАО “ИнфоТеКС” и ПАО “ИНЭУМ им. И.С. Брука” разработали цифровую подстанцию, отвечающую всем указанным требованиям. “Нижний” уровень ЦПС базируется на инновационных терминалах релейной защиты (РЗА) компании ОАО “НИПОМ”. Разработанный терминал РЗА (рис. 2) выполнен в виде кассеты блочной конструкции с задним присоединением внешних проводов и оборудован системой тестового контроля, служащей
для проверки работоспособности основных узлов и блоков.
В корпусе терминала РЗА расположены платы дискретных входов/выходов, плата аналоговых входов для подачи измеряемых токов и напряжений, кросс-плата, служащая для согласования кабельной части универсальных плат (AI, DO/DI), блок питания и компьютер в промышленном исполнении с микропроцессором Эльбрус, поскольку функционирование КСЗИ ОС Эльбрус обеспечивает требуемый уровень защиты информации от несанкционированного доступа (НСД) и не влияет на быстродействие системы. Каждая плата DO/DI содержит 11 каналов DI и 10 каналов DO. Таким
Образом, в одном корпусе можно выполнить от 33 до 66 каналов DI и от 30 до 60 каналов DO, что позволяет использовать разработанные терминалы РЗА как на объектах с небольшим количеством сигналов, так и на сложных, с большим числом присоединений. Для реализации функций передачи сигналов дифференциальной токовой продольной защиты линии (ДЗЛ) с использованием протокола SV (МЭК 61850) количество портов Ethernet может быть увеличено добавлением стандартной Ethernet-карты в промышленный компьютер без изменения его конструкции. Полное разделение логики терминала и его аппаратного исполнения позволило предоставить широкие возможности для свободно конфигурируемой логики схем защиты. К особенностям терминала, повышающим его киберзащищеность, можно отнести механизмы строгой двухфакторной аутентификации, реализованные ОАО “НИПОМ” совместно с ОАО “ИнфоТеКС”.
“Верхний” уровень разработанной системы, как уже было сказано ранее, представляет собой сервер на базе отечественного процессора Эльбрус с одноименной операционной системой, который при необходимости может быть зарезервирован. Кроме того, в зависимости от требований того или иного объектав решении также может быть использована ОС AstraLinux. В качестве среды сбора и обработки данных используется российская SCADA-система MasterSCADA 4D производства компании ООО “ИнСАТ”. MasterSCADA 4D является кроссплатформенной, вертикально-нтегрированной программной платформой с объектно-ориентированными методами программирования, в том числе на языках стандарта МЭК 61131-3, и единственной на сегодня SCADA-системой, работающей на ОС Эльбрус. MasterSCADA 4D осуществляет сбор информации с терминала РЗА через встроенный драйвер протокола МЭК 61850 (MMS) и предоставляет данные в виде мнемосхем, отчетов и трендов на автоматизированное рабочее место оператора подстанции. На стартовой (основной) мнемосхеме оператора (рис. 3) отображается однолинейная схема подстанции, присоединения и состояния первичного оборудования.
Кроме того, оператор всегда располагает информацией о работоспособности сетевой топологии ЦПС в виде сигнализации состояний (включая АРМы, SCADA-серверы и вторичное коммуникационное оборудование) с фиксацией полного списка тревог в журнале событий. Встроенные механизмы защиты MasterSCADA 4D обеспечивают аутентификацию и идентификацию пользователей в системе, а также разграничение их прав доступа по заранее определенной разработчиком ролевой модели, регистрацию всех действий пользователей от момента идентификации до выхода из системы.
В целях защиты электронного периметра подстанции и реализации принципа многоуровневой защиты были использованы шлюзы безопасности разработки компании ОАО “ИнфоТеКС”, – ViPNetCoordinator HW 1000. Локально-вычислительная сеть подстанции была разделена/сегментирована на несколько доменов безопасности, т. е. зон подстанции с разными требованиями по обеспечению ИБ.
Таким образом, с использованием индустриального шлюза безопасности ViPNetCoordinator IG были разграничены права доступа между
уровнем станции и уровнями присоединения и шины процесса, что демонстрирует функциональная схема на рис. 5.
Реализация принципа многоуровневой защиты с применением межсетевых экранов является не только возможной, но и необходимой мерой защиты информации на подстанциях, находящихся в эксплуатации и подвергающихся частичной модернизации в соответствии с требованиями Приказа ФСТЭК России от 14 марта 2014 г. № 31 .
Применение наложенных средств ЗИ как на вновь создаваемых подстанциях, так и на подстанциях, подвергающихся глубокой модернизации, было бы неправильно признать достаточным, так как остаются высокие риски реализации компьютерных атак на незащищенные телекоммуникационные протоколы: MMS, GOOSE, SV.
В условиях необходимости удовлетворять комплексу требований по функциональной надежности, безопасности, быстродействию телекоммуникационных протоколов, а также по оптимальности затрат наиболее перспективно выглядит реализация концепции встраивания средств криптографической защиты информации в каждый элемент или в каждую подсистему цифровой подстанции.
ОАО “НИПОМ”, ООО “ИнСАТ”, ОАО “ИнфоТеКС” и ПАО “ИНЭУМ им. И.С. Брука” не останавливаются на достигнутом и продолжают совершенствовать разработанную ЦПС с использованием отечественных решений, которые позволяют реализовать киберзащищенное исполнение ЦПС для повышения надежности объектов высоковольтных электрических сетей.
Список литературы
- Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активноадаптивной сетью.
- International Electrotechnical Commission. Communication Networks and Systems for Power Utility Automation – Part 8-1: Specific Communication Service Mapping (SCSM)-Mappings to MMS (ISO 9506-1 and ISO 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3; IEC 61850-8-1-2011; International Electrotechnical Commission (IEC): Geneva, Switzerland, 2011.
- Приказ ФСТЭК России от 14 марта 2014 г. № 31.
Зинин Владимир Михайлович – директор управления перспективных разработок ОАО “НИПОМ”,
Подлесный Андрей Михайлович – руководитель отдела продаж программного обеспечения ООО “ИнСАТ”,
Карантаев Владимир Геннадьевич – руководитель направления развития бизнеса ОАО “ИнфоТеКС”.
Цифровую подстанцию называют стержневым компонентом создания интеллектуальной сети – а эта тема в последнее время приобретает все большую популярность. Это прорывный, признанный на международном уровне метод автоматизации, решающий задачи эффективного управления энергетическими объектами, полностью переводящий его в цифровой формат. Интегрировав эту технологию в системы автоматизации подстанций, компании-производители объединили более чем десятилетний опыт производства «нетрадиционных» измерительных трансформаторов тока и напряжения с новейшими технологиями связи и сделали возможным подключение первичного высоковольтного оборудования к устройствам релейной защиты и автоматики (РЗА). Это обеспечивает повышение надежности и готовности системы, а также оптимизацию вторичных цепей на подстанции.
Ведущие компании в этой отрасли продолжают развивать данную технологию, причем, как отмечают эксперты, особую ценность представляет объединение усилий, учитывая значимость и масштабность поставленных задач. Силами одной компании этот стратегически значимый для отрасли проект осуществить невозможно, замечают специалисты. По их мнению, время, когда все эти технологии составляли коммерческую тайну, уже прошло и для внедрения цифровых подстанций появилось реальное сообщество, которое продвигает данную технологию по всем направлениям.
Подтверждение этих слов – соглашение между компаниями Alstom и Cisco, которые договорились вместе разрабатывать решения для безопасной автоматизации цифровых подстанций. В этих решениях будут использоваться маршрутизаторы и коммутаторы для подстанций Cisco Connected Grid в защищенном исполнении с расширенными коммуникационными возможностями и функциями информационной безопасности и система управления Alstom DS Agile для автоматизации подстанций.
Это позволит вывести производительность IP-коммуникаций на новый уровень и обеспечить интеграцию информационной безопасности, распределенного мониторинга и управления. На основе такого решения уже созданы центры передачи информации и распределения энергии в рамках современной архитектуры электросетей.
Решения позволяют управлять доступом пользователей к критически важным ресурсам, обнаруживать и устранять возможные электронные атаки по всей инфраструктуре сети. Архитектура цифровых подстанций содержит исчерпывающие функциональные возможности управления безопасностью с учетом рекомендаций NIST (Национальный институт стандартов и технологий США) и IEC (Международная электротехническая комиссия, МЭК).
Как отмечают в Cisco, применяемый многоуровневый архитектурный подход обеспечит оптимальное развертывание системы автоматизации подстанций и даст возможность эффективно выполнять проектирование для внедрения решений. Он позволяет легко проектировать коммуникационную инфраструктуру и интегрировать ее с критически важными функциями безопасности и контроля, мониторинга ресурсов и с оборудованием для управления электросетями. Интеллектуальные функции помогут тщательно контролировать допустимую нагрузку и эксплуатировать оборудование электросетей с максимальной эффективностью.
Многоуровневый архитектурный подход также позволит поддерживать проводные и беспроводные коммуникации в одной конвергированной сети, при этом на объектах смогут внедряться программы превентивного обслуживания, которые продлевают срок работы и снижают затраты на обслуживание оборудования. Сеть подстанций поддерживает существующие и новые стандарты связи (например, IEC 61850), а также приоретизацию передачи данных управления над прочим трафиком.
Основные преимущества цифровых подстанций лежат в области экономики: снижается стоимость создания и стоимость эксплуатации. Экономия достигается за счет сокращения площадей, необходимых для размещения объекта, снижения количества оборудования (например, за счет совмещения различных устройств) и, как следствие, стоимости монтажных работ.
В итоге стоимость автоматизации управления подстанцией составит не более 15 процентов от стоимости ее строительства и оснащения первичным оборудованием. С точки зрения надежности цифровая подстанция выигрывает за счет меньшего количества элементов и использования средств мониторинга и диагностики.
Как эксперты оценивают перспективы внедрения данной технологии в России? Компаний, утверждающих, что они имеют необходимое оборудование, освоили технологии и обладают должными компетенциями, достаточно, но практических шагов, как обычно, меньше. Другой вопрос – выбор между отечественными и зарубежными предложениями. По словам специалистов ФСК ЕЭС, необходим компромисс, когда «можно принять решения бренда и – как резервный вариант – предлагаемые рынку отечественные разработки». Причем без элементов административного регулирования со стороны ФСК этот процесс успешным не будет.
И все‑таки в России процесс внедрения цифровых подстанций однозначно пошел, свидетельством чего служит совещание руководства Alstom и ОАО «Российские сети», посвященное обсуждению текущих и перспективных проектов цифровых подстанций. Со стороны «Россетей» в совещании принял участие генеральный директор Олег Бударгин, что говорит о важности данного направления для компании.
Что касается Alstom, то он активно участвует во внедрении технологий интеллектуальной электрической системы с активно-адаптивной сетью. В настоящее время компания участвует в реализации проекта первой в России цифровой подстанции на базе ПС 220 кВ «Надежда» – филиала ОАО «ФСК ЕЭС» МЭС Урала. Alstom поставляет оборудование и устанавливает контроллеры присоединений с поддержкой МЭК 61850‑9‑2 LE, системы РЗА и АСУ ТП, а также осуществит их наладку.
В настоящее время в России реализуется сразу несколько проектов цифровых подстанций, такие, как опытный полигон «Цифровая подстанция» на базе «НТЦ ФСК ЕЭС», подстанция 500 кВ «Надежда» на базе Магистральных электрических сетей Урала, а также кластер «Эльгауголь».
Однако, как отмечают эксперты, пока в этом вопросе отсутствует самый важный компонент – методология проектирования в полном объеме. Необходимо решать вопрос автоматизации этого процесса, пока не подготовлены кадры. В противном случае это будет значительно тормозить процесс развития цифровых подстанций в России, что крайне нежелательно.
Фото: Пресс-служба Мэра и Правительства Москвы. Денис Гришкин
Подстанция обеспечит электричеством здания инновационного кластера, а также жилые дома, расположенные неподалеку.
На территории центра «Сколково» возле Можайского шоссе построили ПАО «МОЭСК». Она обеспечит энергоснабжением здания инновационного кластера, а также жилые дома и коммерческие организации, расположенные неподалеку.
«В “Сколкове” впервые в России построена инновационная цифровая подстанция. Я считаю, что это революционное событие. Это шаг в будущее электроэнергетики», — отметил . Он напомнил, что в столице насчитывается более 100 тысяч километров электрических сетей, а также работает свыше 20 тысяч подстанций.
«И от того, как будет функционировать эта огромная машина, как будут работать подстанции, как будет работать огромное сетевое хозяйство, во многом зависит стоимость и надежность электроэнергии», — добавил Мэр Москвы.
Цифровая подстанция — лишь элемент этой системы. «Дальше будет идти речь о создании цифровой сети до потребителя. Все это вместе должно дать около 30 процентов снижения текущих расходов. И, конечно, надежность будет в значительной степени повышена. Первая такая ласточка в России появилась в “Сколкове”. Надеюсь, что эта ласточка в скором времени перелетит и на территории других районов. Положит начало системной реконструкции электросетевого хозяйства», — подчеркнул Сергей Собянин.
Управление электроподстанцией ведется в цифровом виде без присутствия персонала, сообщил генеральный директор ПАО «Россети» Павел Ливинский. «Все управляющие воздействия проходят в цифровом формате передачи данных. Вся информация накапливается. Фактически речь уже идет о том, что это элементы искусственного интеллекта управления», — рассказал он.
В стиле хай-тек
Общая трансформаторная мощность электроподстанции — 160 мегаватт. Ее запуск запланирован на 30 июня. Электроподстанцию «Медведевская» должны были построить за 27 месяцев, но завершили гораздо раньше — за 18 месяцев. Таким образом, срок строительства сократился в полтора раза. Подстанция оформлена в стиле хай-тек: она гармонично впишется в будущую застройку «Сколкова».
Генподрядчик — АО «Стройтрансгаз».
Одновременно с возведением подстанции проложили кабельные линии (заходы) 110 киловольт общей протяженностью 7,6 километра.
Сделано в России
На подстанции впервые в новейшей истории установлено современное оборудование российского производства. Так, она оснащена комплектным распределительным устройством с элегазовой изоляцией (КРУЭ) 110 киловольт, рассчитанным на присоединение четырех линий. Это сердце подстанции. КРУЭ обеспечивает прием и распределение электроэнергии в сетях переменного тока. Устройство произведено в Санкт-Петербурге на предприятии «Электроаппарат».
По словам генерального директора ПАО «МОЭСК» Петра Синютина, при строительстве новой подстанции компания учитывала десятки факторов. Среди них сроки ввода новых мощностей, планы развития территорий, специфика выделенного участка земли, особенности расположения коммуникаций и так далее.
«Компоновка подстанции — вопрос технически сложный, и, как правило, для его решения применяется оборудование, хорошо зарекомендовавшее себя на других объектах. В случае с подстанцией “Медведевская” компании было удобнее поставить КРУЭ зарубежной компании, например Siemens. Оно и было изначально запланировано в проекте. Однако понимая все риски, компания “МОЭСК” взяла на себя ответственность впервые в истории современной России заказать и установить КРУЭ 110 киловольт российского производства. Разумеется, такое решение потребовало серьезной технической проработки и новых инженерных решений, однако в противном случае у отечественного предприятия не было бы шансов создать реальный российский продукт», — рассказал Петр Синютин.
В результате петербургский завод «Электроаппарат» получил реальный опыт производства и внедрения комплектного распределительного устройства с элегазовой изоляцией.
Петр Синютин добавил, что для энергетиков появление отечественного КРУЭ дает возможность полностью укомплектовывать подстанции российским оборудованием. Это снижает риски роста цен из-за курсовой разницы и нехватки запасных частей.
По качеству и надежности, а также срокам монтажа российское распределительное устройство не уступает мировым аналогам. К тому же отечественное оборудование имеет преимущество — его стоимость ниже на 30 процентов.
Понимая риски заказчика, производитель взял повышенные гарантийные обязательства на 15 лет. В течение этого периода специалисты предприятия должны будут приезжать на подстанцию для устранения любых неполадок на оборудовании в течение 24 часов. Завод увеличивает число поставляемых на подстанцию запасных частей, инструментов, приспособлений, а также организует склад всех компонентов КРУЭ.
Единая цифровая среда
Подстанция оборудована двумя масляными силовыми трансформаторами мощностью по 80 мегаватт каждый. Устройство регулирования под нагрузкой, которым они оснащена, позволяет регулировать напряжение в сети, не выключая трансформатор. Производитель — ООО «Тольяттинский трансформатор».
Кроме того, на подстанции установлены четырехсекционные распределительные устройства 20 киловольт на 20 линейных ячеек (производитель — ОАО «Самарский трансформатор»), система релейной защиты и автоматизированная система управления (производитель — ООО «НПП “Экра”»), а также энергоффективное светодиодное освещение.
Концепция подстанции предполагает отказ от устаревших аналоговых систем и создание единой цифровой среды управления и защиты. Диагностика (онлайн-мониторинг силовых трансформаторов и КРУЭ), измерения, анализ и управление питающим центром проводятся в цифровом коде без присутствия персонала.
В будущем цифровая подстанция станет ключевым компонентом интеллектуальной сети (Smart Grid).
Электросетевое хозяйство Москвы
Электросетевое хозяйство Москвы включает 103,1 тысячи километров электрических сетей, 158 питающих центров высокого напряжения (их мощность превышает 32,9 тысячи мегаватт), а также свыше 23 тысяч трансформаторных подстанций среднего напряжения.
Резерв мощности в сети составляет около 17 процентов.
Основное направление развития электрохозяйства — создание сети с напряжением 20 киловольт. Это увеличит пропускную способность распределительных сетей как минимум в два — два с половиной раза и обеспечит присоединение новых потребителей. При этом не будет дефицита мощности.
Ежегодно в городе запускаются одна-две новые высоковольтные подстанции и около 400 трансформаторных подстанций среднего напряжения.
Всего за 2012-2017 годы ввели 12 259 мегаватт трансформаторной мощности, реконструировали более 2,2 километра и построили около 7,5 тысячи километров кабельных линий.
В 2018 году запланирован ввод 1305 мегаватт трансформаторной мощности, а также строительство более 1,6 тысячи километров сетей и реконструкция 261 километра.
Уровень износа электрических сетей по сравнению с 2010 годом снизился с 65,2 процента до 56,3 процента.
С поезда меня встретил Дмитрий Афанасьев, заведующий отделом по связям с общественностью и рекламе в ИЦ Бреслер. Мы пешком дошли до офиса ИЦ Бреслер. Первое впечатление, которое сложилось, когда мы подходили ко входу в офис было примерно таким: «ого, какое большое здание, а у ИЦ Бреслер маленькое крылечко». Как выяснилось позже, оно было ошибочным. Это становится понятно сразу после того, как пройдя мимо охраны, попадаешь на второй этаж, где коридор с кабинетами направо и налево уходит далеко в глубь. Административная часть офиса во всех компаниях более-менее одинаковая: бухгалтерия сидит в своих кабинетах, менеджеры по продажам и пиарщики в опенспейсе. Я сразу обратил внимание на большой конференц-зал справа. За полупрозрачными стёклами я узнал силуэт Ивана Голикова, он руководитель направления МЭК 61850 в ИЦ Бреслер, и мы уже достаточно давно знакомы. Иван проводил для сотрудников компании семинар на тему МЭК 61850, в зале было человек 30-40, наверно. Мне показалось, что это очень здорово. Вообще внутрикорпоративные семинары - это полезная штука: очевидно, что во всём разобраться не всегда можно, а когда кто-то, разобравшись, готов рассказать об этом другим - это крайне полезно для развития компании. Позднее, я поговорил с Иваном, он сказал, что это уже не первая лекция по стандарту, которую он проводит в компании - их целый цикл.
Со второго этажа мы сразу отправились на четвёртый, где размещается производство и склад готовой продукции. Собственно, на этом этаже и совершаются чудеса: набор плат, металлоконструкий и проводов превращается в терминалы и шкафы РЗА. Здесь мы прошли по всей производственной цепочке за исключением, правда, монтажа компонентов на печатных платах - он производится в отдельном цеху.
В левом крыле четвертого этажа осуществляется сборка терминалов релейной защиты: готовые платы с размещенными на них компонетами собираются на каркасах и устанавливаются в корпуса вместе с блоками питания, элементами управления и индикации, производится весь электромонтаж.
Здесь же осуществляется тестирование. Готовые терминалы помещают в «печки», где они стоят под нагрузкой при температуре 55 градусов в течение суток. Это позволяет выявить все скрытые дефекты, которые не были выявлены на ранних этапах. После «печки» все терминалы вновь проходят сквозную проверку работоспособности.
В правом крыле этого же этажа собираются шкафы релейной защиты. В подготовленные металлоконструкции устанавливаются уже готовые терминалы РЗА, производится весь электромонтаж в соответствии с рабочими проектами и в завершение - тестирование готового шкафа.
Как рассказал Дмитрий, шкафы покупают только Rittal. Был опыт взаимодействия с другими производителями, но качество подводило - в итоге решили не экономить и сделать ставку на качество. Наряду со стандартными шкафами РЗА для крупных объектов я заметил и съемные релейные отсеки ячеек КРУ-2008Н.
В своё время я делал интервью с одним из идеологов этого КРУ - Юрием Ивановичем Непомнящим - так что съёмный релейный отсек узнал сразу. Тогда эта идея мне показалась странной, однако увидев их наряду со шкафами РЗА для «больших» объектов смысл идеи стал яснее.
Готовые шкафы и релейные отсеки отправляются на участок упаковки, где они помещаются в упаковку в соответствии с требованиями ГОСТ. Здесь Дмитрий рассказал про один случай, когда автомобиль с готовой продукцией попал в аварию, перевернулся и лег на крышу.
Все шкафы вернули на завод для проведения проверок. Когда всю упаковку вскрыли обнаружили, что только у одного шкафа лопнуло стекло. При сквозной проверке никаких неисправностей в части работоспособности не обнаружили.
Часть четвертого этажа занимает отдел разработки программного обеспечения для автоматизации подстанций. Продукты «Бреслер МиКРА» и АСУ Энергообъекта родом отсюда. Как оказалось позднее, это лишь малая часть разработчиков компании.
С четвёртого этажа мы спустились в святая-святых ИЦ Бреслер - в отдел разработок, занимающий почти весь третий этаж. Разработчики сидят в огромном опенспейсе.
На расписанных колоннах по центру висят разные абстрактные изображения. Их историю я не уточнил, но почти уверен, что обстановка здесь создавалась для того, чтобы творить, и, по-моему, она к этому действительно располагает.
Почти у каждого сотрудника рядом со столом стоит терминал релейной защиты, а то ещё и не один. В дополнение к терминалу у некоторых стоят испытательные установки, осциллографы и ещё какое-нибудь оборудование - чего только нет. Как мне сказал Дмитрий, стоимость рабочего места разработчика может превышать миллион рублей, а то и больше…
Разработчики очень молодые - и это отдельная гордость ИЦ Бреслер, о которой мне позднее рассказал технический директор компании Владимир Сергеевич Шевелёв. В разработках принимают участие множество студентов, но даже постоянно работающие в компании разработчики весьма молоды. Это навело меня на мысль, что, конечно, ИЦ Бреслер мы ещё во всей красе не видели: лет через 5 – 10 молодёжи станет тесно в пределах традиционных защит, которые они на тот момент уже все освоят в совершенстве, вот тогда будет совсем интересно.
ИЦ Бреслер, безусловно, можно отнести к пионерам в части разработки оборудования и решений для цифровых подстанций, и я уверен, что во многом обусловлено именно наличием большого количества молодых разработчиков. При этом мне показалось, что внедрение различных инноваций здесь делается очень взвешенно и обдуманно: в ИЦ Бреслер понимают для чего внедряется та или иная технология, какой от неё будет эффект.
Мы прошли по опенспейсу туда и обратно, я был действительно поражен масштабами: по 10 блоков в каждую сторону от коридора, в каждом блоке рабочие места человек для 5-6. Очень много разработчиков.
С третьего этажа мы снова спустились на второй, где помимо всего прочего располагается учебный центр Бреслер. По сравнению с тем, сколько места занимают разработчики, он имеет достаточно скромные размеры, тем не менее, оборудован всем необходимым: досками, проекторами, терминалами и шкафами защит, разумеется.
Я был несколько удивлён, когда увидел на информационных стендах, размещенных на стенах, описание различных принципов релейной защиты: дистанционной, дифференциальной, максимальной токовой даже. Мне на это сказали, что при обучении современной технике нередко приходится начинать с самых азов, которые обычно уже основательно подзабылись. Недавно учебный центр Бреслер получил лицензию на осуществление образовательной деятельности, так что сотрудники энергокомпаний могут проходить там курсы повышения квалификации, получая при этом все необходимые документы. Нельзя сказать, что это что-то уникальное, скорее, это необходимое условие работы современной компании-производителя релейной защиты.
Из учебного центра мы пошли на первый этаж, где располагается линия по монтажу печатных плат. Эта линия была запущена в компании около 2,5 лет назад, раньше монтаж делали по заказу в других организациях. Мелкие компоненты на схемы «набивает» автомат. Платы подаются в машину автоматически, все компоненты - из рулонов. Далее плата «переезжает» в автомат для пайки.
Близко подойти к этому оборудованию нельзя - на полу жёлтая линия, за которую «простым смертным» заходить не положено, что и понятно: микросхемы дело тонкое: лишняя пылинка - повышение вероятности отказа. После автоматической пайки располагается линия установки и пайки больших корпусных компонентов.
Они традиционно устанавливаются специалистами вручную. После того, как все компоненты установлены и припаяны на автоматической линии, платы отправляются на отмывку - в автомат, похожий на большую посудомоечную машину. Далее - термоциклирование и выходной контроль.
Контроль качества продукции в ИЦ Бреслер, кстати, очень жесткий и делается на каждом этапе производства. Компоненты закупаются только у официальных поставщиков и делается полный сквозной входной контроль. После монтажа печатных плат производится сплошная проверка их работоспособности. На следующем этапе проверяется собранный терминал релейной защиты. В конце концов проверяется готовый шкаф. Для того, чтобы выявлять контрафактые компоненты в ИЦ Бреслер также принята процедура изготовления сначала нескольких образцов на базе новой партии компонентов. Изготовленные образцы проверяют «с пристрастием» и только после того, как убеждаются в качестве полученной продукции на базе этих компонентов запускают серию. Такой подход позволяет свести к минимуму количество брака в продукции, а даже если какие-то проблемы случаются, то в ИЦ Бреслер их не стесняются признавать. Как мне рассказал Владимир Сергеевич, ИЦ Бреслер был одним из первых коммерческих производителей РЗА, кто ввёл практику рассылки информационных писем о потенциальных неисправностях в оборудовании. Если в одном из устройств партии выявляют неисправность, то заказчикам, получившим устройства из той же партии отправляется информационной письмо и предлагается за счёт производителя произвести замену «рискованных» блоков. Такие ситуации, впрочем, благодаря поставленной системе контроля качества, случаются достаточно редко.
Из цеха по монтажу печатных плат мы с Дмитрием прямиком отправились к Владимиру Сергеевичу Шевелёву, который рассказал мне о прошлом, настоящем и будущем компании, об успехах и надеждах, а ещё он рассказал о своём любимом виде спорта и о том почему не любит фотографироваться. Это было насыщенное интервью, которое мы опубликуем в ближайшее время.
По меркам рынка электротехнического оборудования ИЦ Бреслер ещё совсем молодая компания, но, думаю, никто не поспорит с тем, что она уже вполне серьезно заявила о себе. После этой поездки у меня появилась уверенность в том, что к ним стоит присмотреться по-пристальнее: думаю, мы увидим ещё много всего интересного в их исполнении.