Решения для цифровых подстанций

«Цифровые» терминалы РЗА

Основным оборудованием «Релематики» для применения на ЦПС являются терминалы РЗА серии «ТОР 300». Данный терминал обеспечивает реализацию интерфейсов в зависимости от полноты реализации цифровой подстанции:
  • шины подстанции (согласно IEC 61850-8-1);
  • шины процесса (в соответствии с IEC 61850-9-2).
Одним из важных требований является соответствие стандарту IEC 61850 и подтвержденная совместимость оборудования. Терминал ТОР 300 имеет как сертификат соответствия IEC 61850, так и протоколы совместных испытаний, подтверждающих его совместимость с оборудованием сторонних производителей по различным протоколам стандарта IEC 61850 (MMS, GOOSE, SV). На базе терминала «ТОР 300» компанией «Релематика» могут поставляться все виды защиты и автоматики подстанций 35–750 кВ, а также станционного оборудования — собственных нужд, генераторов и блоков электростанций.

Программное обеспечение для наладки и конфигурирования

Рис. 1. ПО «МиКРА» с запущенным проектом конфигурации полигона ЦПС на Нижегородской ГЭС
  Другим важным элементом ЦПС на сегодняшний день является сервисное ПО, которое должно обеспечивать не только удобный интерфейс и быструю настройку релейной части, но и функционал цифровой подстанции. Для устройств производства «Релематики» данная работа производится при помощи сервисного ПО «МиКРА». В специальном модуле конфигурирования IEC 61850 инженер формирует проект. На рис. 1 представлен пример конфигурации действующего полигона ЦПС. В левой части окна конфигуратора доступен список устройств проекта, а в правой части показана настройка подписки терминала на потоки выборочных значений. Как видно на рис. 1, терминал принимает 6 потоков, в одном из потоков от основного измерительного трансформатора тока 110 кВ терминал принимает 3 фазных тока. Таким образом, сервисное ПО «МиКРА» осуществляет поддержку конфигурирования ЦПС в виде проекта на базе SCL-файлов:
  • импортирует в проект источники выборок аналоговых данных (SV) любых производителей;
  • импортирует в проект источники аналоговых и дискретных данных (GOOSE) любых производителей.
На основе сформированного проекта для терминалов производства «Релематики» доступны дополнительные функции:
  • настройка исходящих GOOSE-сообщений;
  • настройка подписки на SV-потоки и GOOSE-сообщения с любых устройств проекта;
  • настройка интеграции в систему АСУ ТП (IEC 61850-8-1 MMS);
  • сохранение конфигурации в терминал.
Изменения в проекте также могут быть экспортированы в виде SCL-файлов для передачи другим производителям оборудования.

Опытный полигон «РусГидро»

Опытный цифровой полигон «РусГидро» является первым в России инновационным программно-техническим комплексом (ПТК), использующим технологию цифровой подстанции с применением оптических трансформаторов тока и напряжения для целей РЗА и коммерческого учета. Комплекс установлен на действующем первичном оборудовании, включенном в Единую энергосистему России, — на блоке генератор-трансформатор № 6 Нижегородской ГЭС. Цифровой полигон включает в себя комплекс интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) РЗА «Цифровой подстанции» производства разных производителей, в том числе «Релематииа», а также оптические трансформаторы тока и напряжения, ПТК АСУ ТП, контроллеры присоединения, цифровые счетчики электрической энергии. В работе участвовала большая команда специалистов отечественных компаний, включая инженеров «Релематики», под руководством специалистов «РусГидро». После разработки проекта были проведены лабораторные испытания комплекса вторичных устройств, монтаж и наладка, испытания при различных режимах работы блока Г-Т с включением блока в работу.

Структура полигона

Структурная схема полигона показана на рис. 2. Для измерения токов и напряжений используются измерительные устройства отечественного производства.
Рис. 2. Схема полигона

Релейная защита блока Г-Т

В составе оборудования комплекса установлен шкаф защит блока 6ГТ ШГ 2114.711 08.740, выполненный на базе двух терминалов серии «ТОР 300», которые обеспечивают прием цифровых измерений с помощью SV-потоков IEC 61850 9-2LE по шине процесса, а также обмен GOOSE-сообщениями и выдачу отчетов MMS по станционной шине. Поддерживаются протоколы резервирования PRP и RSTP и протоколы синхронизации SNTP, PPS, PTP. Терминал защит генератора «ТОР 300 ЗГ 711» выполняет функции дифференциальной защиты генератора, максимальной токовой защиты, дистанционной защиты, блокировки при качаниях, защиты замыкания на землю статора, защиты от симметричной и несимметричной перегрузки, защиты ротора от замыкания в двух точках, защиты от повышения и снижения напряжения, защиты активной мощности, от потери возбуждения, от асинхронного хода без потери возбуждения, от изменения частоты, от непреднамеренного включения генератора, УРОВ, БНН и АЛАР. Терминал принимает 4 SV-потока: напряжения линейных выводов и нейтрали генератора 13,8 кВ (два потока с цифровых трансформаторов напряжения), токи выводов и нейтрали генератора 13,8 кВ (два потока с цифровых оптических трансформаторов тока). Терминал защит трансформатора блока «ТОР 300 ДЗБ 740» выполняет функции дифференциальной защиты трансформатора блока, дифференциальной защиты ошиновки и токовой защиты нулевой последовательности стороны высокого напряжения, защиты от перегрузки, реле тока для пуска охлаждения. Терминал принимает 6 SV-потоков: два потока от основного и резервного оптических трансформаторов тока 110 кВ, один поток с цифрового трансформатора напряжения 110 кВ, поток линейного вывода генератора 13,8 кВ, два потока с измерением тока и напряжения ротора (с цифровых ОТТ и ТН соответственно). В целях удобства анализа работы цифрового полигона осциллографы всех установленных устройств защит пускаются синхронно. Для этого используется GOOSE-сообщение центрального устройства (контроллера присоединения), на которое подписаны все остальные устройства.

Проведение испытаний

Эксплуатационные испытания заключались в анализе поведения оборудования цифрового полигона в двух видах испытаний: искусственно создаваемые режимы и поведение при нормальных условиях эксплуатации.
Искусственные режимы
Проверялось:
  • отсутствие ложных и излишних срабатываний защит при имитации внешних коротких замыканий, на холостом ходу, при включении в сеть и форсировке возбуждения;
  • правильное срабатывание защит при имитации замыканий в зоне защиты;
  • правильное поведение устройств в различных нештатных режимах: потеря / восстановление синхронизации, отключение / включение питания, потеря / восстановление связи измерительного оборудования и устройств РЗА, сервера времени, коммутаторов ЛВС.
Имитация замыканий производилась путем установки закоротки в соответствующей виду КЗ точке сети и последующем управлении токами КЗ через возбуждение генератора.
Рис. 3. Опыт трехфазного КЗ на стороне 13,8 кВ линейных выводов генератора
На рис. 3 показана осциллограмма имитации трехфазного КЗ на линейных выводах генератора в зоне действия дифференциальной защиты генератора. Ток выводов генератора в имитационном режиме поднимался до 2,4 кА путем плавного изменения тока возбуждения генератора, что обуславливает отсутствие «наброса» тока, присущего коротким замыканиям. Ток со стороны 110 кВ был равен нулю (выключатель отключен). Дифференциальная защита генератора сработала верно в начале плавного нарастания дифференциального тока в соответствии с заданными уставками (ток срабатывания — 0,2 от номинального тока генератора, равного 3,35 кА).
Нормальная эксплуатация блока Г-Т
Процессы при работе оборудования, находящегося в работе в течение длительного времени, прежде всего дают оценку надежности работы всей системы в целом, а также позволяют увидеть реакцию устройств РЗА на реальные воздействия.
Рис. 4. Осциллограмма токов и напряжений 6Г при втором развивающемся замыкании фазы С на стороне 110 кВ (03.10.2015 7:38:53).
Так, во время выдачи блоком № 6 мощности в сеть 3 октября 2015 года в 7:38 утра, во время сильного ветра, с интервалом в 11 секунд произошли два внешних однофазных КЗ на землю фазы С в линии 110 кВ, которые были зафиксированы в результате пуска защит и осциллографа терминала «ТОР 300 ЗГ 711». Пуск осциллографа был произведен по критерию пуска блокировки при качаниях по току. Во время КЗ пускались защиты от симметричной и несимметричной перегрузки генератора и дистанционная защита, которые отстроены по времени от таких КЗ в сети 110 кВ. Ток в фазе В генератора достигал 8,5 кА (см. рис. 4). Ложных срабатываний защит не происходило.

* * *

Результатом двух лет эксплуатации полигона ЦПС «РусГидро» является повышение надежности работы устройств для цифровых измерений, передачи и обработки информации и РЗА ведущих отечественных производителей. Для продукции компании «Релематика» этот полигон подтвердил правильность подхода к реализации и готовность производимого оборудования для использования на ЦПС на электрической части электростанций. Накоплен уникальный опыт проектирования, конфигурирования и эксплуатации оборудования, в том числе при реальных КЗ. Подводя итог, хочется заметить, что существует необходимость в реализации и других комплексных пилотных проектов ЦПС в электросетевых компаниях для накопления эксплуатирующим персоналом опыта работы с новыми технологиями.