Главная  >  Новости

Комплексное тестирование цифровой подстанции с использованием симулятора RTDS

11 февраля 2020 г.

Вместе с «Релематикой» и EnLAB рассказываем про опыт испытаний комплекса цифровой централизованной защиты подстанции.

Сегодня один из самых актуальных вопросов в энергетики России — внедрение и тестирование цифровых подстанций, реализованных с применением стандарта IEC 61850 [1]. Заказчиками рассматриваются различные варианты технических решений, которые, впрочем, сводятся к двум основным вариантам: организации релейной защиты с распределением функций по отдельным терминалам и выполнение комплекса РЗА всего объекта в одном или нескольких централизованных устройствах. В статье рассматривается опыт испытаний комплекса цифровой централизованной защиты (ЦЦЗ) подстанции 110/35/6 кВ [2].

Техническое решение предусматривает интеграцию в одном устройстве функций релейной защиты и автоматики, измерения, сигнализации и управления коммутационной аппаратурой всей подстанции. Сбор информации о состоянии объекта по стандарту IEC 61850 позволяет минимизировать количество точек подключения к первичному оборудованию и обеспечивает доступность измерений для всех функций РЗА. Применение централизованного подхода обеспечивает минимизацию горизонтальных связей между устройствами и сокращение коммуникационного оборудования на подстанции по сравнению с децентрализованными решениями. Также необходимо отметить значительный экономический эффект от реализации такого решения: уменьшение количества устройств защиты, медных кабелей, а также времени на монтаж и ввод в эксплуатацию.

Рис. 1. Схема подключения ЦЦЗ, управление КА, разделение аналоговых сигналов на SV-потоки и основные точки моделируемых КЗ

В процессе разработки и внедрения централизованной защиты возникает необходимость тестирования не только отдельных ее компонентов, но и проведения комплексных испытаний в условиях, максимально приближенных к условиям работы защищаемого объекта. Комплексное тестирование позволяет не только проверить правильность работы отдельных функций и измерительных органов устройства, но и убедиться в корректности алгоритмов взаимодействия всей системы защиты и автоматики объекта с использованием GOOSE-сообщений, а также проверить корректность задания уставок и настроек защиты для различных режимов защищаемого объекта.

Основная особенность тестирования ЦЦЗ — моделирование работы большого количества аналоговых и дискретных сигналов, поступающих со всего защищаемого объекта. Применение портативного программно-аппаратного симулятора RTDS позволяет не только имитировать работу энергосистемы, но и выдавать необходимое количество SV-потоков и GOOSE-сообщений с получением полноценной обратной связи от тестируемого устройства. Удобный графический редактор RSCAD позволяет создавать и корректировать модель объекта энергосистемы, ускоряя процесс выявления наиболее сложных режимов для работы устройства.

Испытания цифровой централизованной защиты

Испытания ЦЦЗ с помощью программно-аппаратного комплекса RTDS проводятся на схеме «цифрового двойника» — ПС 110/35/6 кВ «Пойковская» Тюменской энергосистемы, представленной на рис. 1.

Испытаниям подвергается шкаф ЦЦЗ (рис. 2) производства компании «Релематика», включающий в себя:

  • два терминала ЦЦЗ типа «ТОР 300 ПС 701» (исполнение 3/4) с функциональными кнопками (36 шт.) и цветным TFT экраном (800×480);
  • два управляемых коммутатора третьего уровня типа «MOXA PT-G7828» для приема и передачи цифровых сигналов IEC 61850;
  • сервер точного времени типа «Метроном-600».

Программно-аппаратный комплекс RTDS был предоставлен фирмой «ЭнЛАБ», являющейся эксклюзивным представителем в России канадской компании RTDS Technologies. В его состав вошли:

  • портативный шкаф симулятора RTDS с установленными в нем двумя процессорными модулями PB5, модулем приема-передачи интерфейса рабочей станции GTWIF, двумя модулями сетевых интерфейсов GTNET и модулем интерфейса панелей ввода-вывода GTFPI;
  • модуль универсальный программируемый GTFGA с 16 медными портами Ethernet, обеспечивающий передачу девяти SV-потоков, необходимых для работы двух комплектов централизованной защиты;
  • ноутбук с установленным программным обеспечением RSCAD.

Комплексные испытания централизованной защиты предусматривают проведение ряда опытов коротких замыканий в прилегающей сети и в пределах защищаемого объекта (на рис. 1 отмечены точки КЗ, рассматриваемые в рамках данного тестирования):

  • металлические КЗ в различных точках;
  • трехфазные, междуфазные, однофазные и двухфазные КЗ на землю с различными переходными сопротивлениями;
  • одновременные КЗ в двух точках энергосистемы;
  • КЗ, переходящие из одного вида в другой в одной точке с любыми моментами и временами перехода;
  • КЗ, переходящие из одной точки в другую, в том числе с изменением вида КЗ в любой момент и с любым временем перехода;
  • повреждения, моделируемые на фоне отклонений частоты сети и на фоне качаний.
Рис. 2. Шкаф цифровой централизованной защиты с подключением симулятора RTDS

В дополнение к различным условиям КЗ проверяются определенные рабочие команды, вызывающие различные переходные процессы, например, пусковые токи намагничивания силовых трансформаторов и т. д.

Во время испытаний учитывается угол включения на КЗ, варьируются значения параметров системы (напряжение и сопротивление) для обеспечения полноценного тестирования комплекса защит в минимальных и максимальных режимах работы сети.

В качестве нагрузки в различных режимах подключается динамическая нагрузка, эквивалентный асинхронный двигатель, синхронный компенсатор, батарея статических конденсаторов. Проводятся испытания работы защиты при различных переключениях в энергосистеме и скачкообразном изменении нагрузки.

Корректность работы отдельных функциональных блоков защиты контролируется с помощью светодиодной индикации и осциллограмм, записанных терминалом РЗА, а также дискретных сигналов, получаемых от устройства РЗА программой RSCAD по протоколу стандарта IEC 61850.

Информация о текущем состоянии подстанции (положение КА, электрические величины) и работоспособности защит дублируется в АСУ ПТК UniSCADA производства «Релематики» по стандарту IEC 61850 (MMS), выполняющая функцию АРМ оперативного персонала. ПТК на основе полученных с устройств РЗА осциллограмм, уставок и конфигурации автоматически формирует протокол анализа действия защит, что позволяет перейти с периодического технического обслуживания на обслуживание по состоянию.

Рис. 3. Схема испытаний цифровой централизованной защиты с помощью симулятора RTDS

Процедура испытаний выглядит следующим образом (рис. 3):

  1. Создается модель сети в программе RSCAD. Данные по параметрам энергосистемы, линий, трансформаторов и прочее предоставляются заказчиком.
  2. Выбирается режим работы сети, место и вид КЗ.
  3. RSCAD проводит расчет режима, в результате чего выдаются значения токов и напряжений в реальном времени.
  4. Симулятор RTDS подает расчетные величины токов и напряжений в наблюдаемых узлах (в формате SV-выборок) на терминалы ЦЦЗ.
  5. RSCAD фиксирует реакцию терминалов и встроенных функций защит на данный вид повреждения и корректирует их значения в режиме реального времени для новой конфигурации системы.
  6. АСУ ПТК «UniSCADA» собирает и отображает в реальном времени положение КА, электрические величины на однолинейной мнемосхеме подстанции, а также работоспособность устройств ЦЦЗ. По мимо этого, ПТК удаленно осуществляет управление КА и защитами.
  7. На основе полученных осциллограмм, уставок и конфигурации с устройств РЗА в сервере АСУ ПТК «UniSCADA» автоматически формирует протокол анализа аварийного события.
  8. Выбирается иной режим работы и вид КЗ, и далее повторяется п. 3 и следующие.

Несомненным преимуществом такого вида испытаний является высокая достоверность моделирования режимов работы сети, значительное количество расчетных видов и мест КЗ для оценки работоспособности комплекса защит и получение величин токов и напряжений в наблюдаемых узлах при КЗ в разных точках сети защищаемого объекта.

Разумеется, подобный объем работ затруднительно проводить для каждого энергообъекта во время приемо-сдаточных испытаний оборудования. При этом на стадии реализации пилотных проектов внедрения цифровых ПС текущий подход оправдан. С другой стороны, имея на руках готовые значения уставок и конфигураций оборудования, подготовленных для реального энергообъекта, возможно значительно сократить пуско-наладочные работы на подстанции при проведении ряда таких испытаний на стадии заводских ПСИ.

По результатам испытаний были скорректированы некоторые уставки и параметры защиты. Во время испытаний зафиксировано, что тестируемая ЦЦЗ подстанции 110/35/6 кВ «Пойковская» обеспечивает чувствительность и селективность работы при всех видах повреждений.

Выводы

  • В ходе испытаний с применением стандарта IEC 61850-9-2 (SV-потоки) ЦЦЗ показала работоспособность во всех режимах испытаний.
  • Времена действия защит во всех режимах не превысили заданные параметры.
  • Применение для испытаний программно-аппаратного комплекса RTDS значительно улучшило качество проведения испытаний, повысило надежность срабатывания комплекса защит и значительно снизило связанные с испытаниями расходы.
  • Функция автоматического формирования протокола анализа действия защит позволила оперативно решать вопросы в части правильности работы устройств ЦЦЗ.
  • Управление и мониторинг цифровой подстанции с помощью АСУ ПТК «UniSCADA» позволили дистанционно собирать всю необходимую информацию с ЦЦЗ, производить их конфигурацию и диагностику, в том числе вспомогательного оборудования, в реальном времени.
  • Рекомендуется проведение такого рода испытаний для пилотных проектов внедрения цифровых ПС.

Литература

  1. IEC 61850-2. Communication networks and systems in substations — Parts 2: Glossary, technical specification. Edition 1 (Термины и определения).
  2. Иванов С.В., Буров А.В. Централизованная релейная защита подстанции 110/35/6 кВ на принципах системной интеграции алгоритмов защит в едином устройстве. «Электроэнергия. Передача и распределение» № 5 (44) Сентябрь-Октябрь 2017.
  3. Мочалов Д.О., Законьшек Я.В., Шамис М.А. Комплексы моделирования в реальном времени современных энергосистем. «Релейная защита и автоматизация», № 1, 2013.


Источник: Цифровая подстанция



Вернуться к списку

Последние новости

Мониторинг событий, оказывающих влияние на функционирование и развитие мировых энергосистем

Еженедельный обзор событий, оказывающих существенное влияние на функционирование и развитие мировых энергосистем, подготовленный АО «СО ЕЭС» по материалам зарубежных средств массовой информации, официальных сайтов сетевых/системных операторов.

Подробнее

Анонс журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» №5(98) за сентябрь-октябрь 2026 года

Новый, 98-й выпуск журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» посвящен одному из главных векторов развития отрасли — повышению эффективности, надежности и оптимизации функционирования электросетевого комплекса посредством внедрения передовых технических и цифровых решений.

Подробнее

Доступен новый выпуск журнала ELECTRA за октябрь 2026 года

На сайте издания СИГРЭ ELECTRA доступен новый выпуск журнала за октябрь 2026 года. Журнал доступен бесплатно для членов СИГРЭ или по платной подписке для всех желающих.

Подробнее

Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»: отзывы участников о Технической выставке «ЭЭПиР»

Организаторы уже приступили к формированию экспозиции Технической выставки «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» (ЭЭПиР-2027), которая пройдет в рамках XII Международной научно-технической конференции «Развитие и повышение надежности электрических сетей» 30.06–01.07.2027.

Подробнее

Мониторинг событий, оказывающих влияние на функционирование и развитие мировых энергосистем

Еженедельный обзор событий, оказывающих существенное влияние на функционирование и развитие мировых энергосистем, подготовленный АО «СО ЕЭС» по материалам зарубежных средств массовой информации, официальных сайтов сетевых/системных операторов.

Подробнее

Полезные ссылки

Новостная рассылка РНК СИГРЭ


Подписка на новости

Электронная библиотека E-CIGRE


E-CIGRE