Тенденция перехода на цифровые технологии в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации в промышленности и энергетике наметилась более 15 лет назад и в настоящее время стремительно развивается. Практически все ведущие фирмы электроэнергетической отрасли активно работают в этом направлении.
Можно выделить два основных направления для решения задач измерения электрических параметров при автоматизации подстанций:
1. Новые решения для измерения электрических параметров традиционных подстанций подразумевают замену классических стрелочных электроизмерительных приборов цифровыми приборами, которые могут измерять до десятков электрических параметров и передавать их значения по цифровой линии связи со стандартными протоколами на различные серверы, контроллеры и диспетчерские пункты. Номенклатура цифровых приборов выпускаемых заводом ОАО «Электроприбор» г. Чебоксары полностью закрывает потребности отечественной энергетики в реализации данного подхода к решению задач измерения электрических параметров при автоматизации традиционных подстанций:
1.1. Одни из самых передовых в России, инновационные универсальные приборы серии ЩМК96 и ЩМК120С служащие для:
- измерения всех электрических параметров сети;
- контроля показателей качества электроэнергии на соответствие установленным нормам по классу А (ГОСТ 30804.4.30-2013);
- технического и коммерческого учета электроэнергии.
1.2. Хорошо известные потребителю, многофункциональные приборы ЩМ96, ЩМ120 и многофункциональный преобразователь Е900ЭЛ с обновленным дизайном: индикаторы цифровых приборов стали крупнее и ярче, расширены коммуникационные возможности цифровых приборов за счет внедрения протоколов МЭК 60870-5-104, МЭК60870-5-101, аналоговых выходов, дискретных входов и выходов. Все это позволяет применять приборы в системах сбора и передачи информации, системах телемеханики и АСУТП подстанций, облегчает оперативному персоналу контроль состояния энергообъектов.
2. Решения задач измерения электрических параметров для «Цифровых подстанций» (далее ЦПС)
Ключевым принципом данной технологии является концентрация функций аналого-цифрового преобразования измерительных систем в одной точке с последующей передачей измеренных значений на вторичные приборы исключительно в цифровом виде через коммуникационные интерфейсы. Замена аналоговых вторичных цепей на цифровые потенциально обещает значительные преимущества перед традиционными подходами к построению автоматизированных систем, но массовое внедрение технологии ЦПС, как и любой другой новой технологии, сопряжено со значительными трудностями.
Проблемы внедрения:
Одним из важных факторов, сдерживающим массовое внедрение ЦПС, является высокая стоимость технических средств, реализующих новую технологию. Как правило, на первых этапах развития технологии разрабатываются специализированные приборы, наиболее полно реализующие потенциал новых подходов. При этом немалые затраты на разработку неминуемо закладываются в конечную стоимость разработанных устройств. На время переходного периода о крупносерийном производстве таких приборов говорить не приходится, и вклад затрат на ОКР в стоимости устройств выходит весьма значительным. Получается типичный для внедрения новых технологий замкнутый круг – дорого т.к. малая серия, малая серия т.к. дорого.
Вторым важным фактором, сдерживающим развитие ЦПС, который хотелось бы отметить, является фрагментарное развитие технического обеспечения. В первую очередь развиваются ключевые, системообразующие элементы – трансформаторы с цифровым выходом, терминалы РЗА. При этом многие другие элементы, на первый взгляд менее ответственные, но при этом совершенно необходимые для нормальной эксплуатации объекта автоматизации, остаются обделенными должным вниманием. Эта неравномерность в развитии приборного парка вскрывается, когда дело доходит до реального проектирования объектов ЦПС. Выясняется, что многих, на первый взгляд простейших, но нормативно и реально необходимых приборов для ЦПС, на рынке не представлено.
Решения для «цифровой подстанции» становятся доступнее!
Решение описанных проблем «в лоб» требует значительных инвестиций, длительных сроков разработки нового оборудования и не менее длительных сроков избавления от «детских болезней», характерных для любой разработки «с нуля». Совместными усилиями ОАО «Электроприбор» и компании ЗАО «ИТЦ Континуум» в настоящий момент реализуется альтернативный путь развития технического обеспечения ЦПС переходного периода, потенциально способный значительно ослабить влияние указанных факторов и сделать переход на новую технологию более плавным и безболезненным.
Вместо разработки принципиально нового приборного парка в рамках реализации тактики переходного периода, предлагается создавать решения для ЦПС, как расширение линейки уже существующего оборудования, предназначенного для традиционных решений. Новые приборы разрабатываются на платформе уже существующих, массово производящихся и эксплуатирующихся устройств. Таким образом, достигается сразу несколько преимуществ перед радикальным переходом на новый приборный парк:
- приборы, на базе отлаженных технических и технологических решений лишены «детских болезней», обладают высоким уровнем надежности и низкой себестоимостью;
- затраты на разработку решений для ЦПС не закладываются в себестоимость мелкосерийной специализированной продукции, а «размазываются» по всей линейке, делая решения для ЦПС более доступными;
- унификация габаритных, присоединительных и коммуникационных решений между традиционными и «цифровыми» приборами обеспечивает возможность последовательного внедрения новых подходов параллельно с традиционными системами и оставляет возможность частичного возврата к традиционным решениям с сохранением работоспособности объекта в случае возникновения временных сложностей с переходом на технологии ЦПС.
На первом этапе для реализации нового подхода было выбрано традиционное для завода направление многофункциональных измерительных показывающих приборов. На базе существующей и отлично себя зарекомендовавшей серии многофункциональных измерителей ЩМК была разработана линейка щитовых показывающих приборов с цифровым входом в соответствии с требованиями стандарта IEC 61850-9-2. В зависимости от габаритных размеров новые исполнения приборов получили названия ЩМК96-ЦПС (габариты по передней панели 96х96мм) и ЩМК120-ЦПС (габариты по передней панели 120х120мм).
Приборы ЩМК96-ЦПС выполняют функции щитовых показывающих приборов, производят вычисления значений электроэнергетических параметров и передачу этих значений через коммуникационные интерфейсы. Прибор ЩМК120-ЦПС дополнительно выполняет функции коммерческого учета электроэнергии. Устройства в исполнении ЦПС не имеют собственной аналоговой измерительной части, проводя все вычисления на базе получаемых цифровых потоков в формате IEC 61850-9-2LE (256 отчетов на период), т.е. являются классическими IED в рамках идеологии ЦПС.
Кроме протоколов МЭК 61850-9-2/8-1, специфичных для ЦПС, приборы ЩМК96/120-ЦПС унаследовали от базовой линейки весь набор коммуникационных возможностей (МЭК 60870-5-101/104, Web-интерфейс, синхронизация времени по протоколам NTP/PTP и пр.) позволяющий интегрироваться в традиционные системы телеизмерений. Новые приборы построены на хорошо отлаженной, технологичной, массово производимой аппаратной платформе. За счет этого стоимость данных устройств сравнима со стоимостью приборов, предназначенных для применения на объектах, построенных на традиционных принципах.
Снижение стоимости цифровых решений открывает путь для развития ЦПС в России, в том числе на объектах среднего и низкого уровнях напряжения.
Очевидно, что переход на цифровые технологии, как в сфере электроэнергетики, так и в автоматизации вообще, неминуем. Несмотря на некоторое замедление развития технологий ЦПС, в России правильность направления движения не вызывает сомнения. В условиях кризиса перспективы радикального бескомпромиссного перехода от традиционных подстанций сразу к идеальным ЦПС выглядят утопично. На наш взгляд, именно решения переходного периода, сочетающие в себе преимущества новых технологий с надежностью и доступностью традиционных подходов, смогут обеспечить мягкий, «бескровный» переход на новые цифровые принципы автоматизации в электроэнергетике.
