За последние десять лет оцифровка и автоматизация были в центре внимания индийской энергосистемы.
В течение этого периода компания Power Grid Corp. of India Ltd. (POWERGRID), центральное предприятие по передаче электроэнергии в Индии, развернула автоматизацию сетевых подстанций на основе стандарта IEC 61850 на более чем 100 подстанциях по всей стране. Стандарт IEC определяет общий протокол связи между интеллектуальными электронными устройствами (IED) от различных производителей, для достижения широкой функциональной совместимости при установке в схемах защиты и управления системы передачи. Однако IEC 61850 - это не просто протокол; а смена способа управления, защиты и мониторинга энергосистем.
Первоначальное развертывание систем на базе IEC 61850 компанией POWERGRID было сосредоточено на одноранговой линии связи, а именно на общих объектно-ориентированных работах подстанции (GOOSE). Протокол GOOSE использует связь, при которой сообщения о событиях отправляются устройством, на которое подписаны другие устройства. Для начала, обмен двоичной информацией между СВУ осуществлялся для менее критичных приложений, таких как, например, блокировка распределительного устройства подстанции. Утилита была сосредоточена на менее важных приложениях, для того, чтобы решить проблемы надежности на ранних стадиях. На этом этапе разрабатывались устройства для оцифровки аналоговой информации в выборочные значения IEC 61850, так называемые «объединяющие устройства.
К 2013 году утилита выбрала выбрала технологическую шину в качестве подходящего варианта для преодоления недостатков двухточечных медных соединений между оборудованием уровня процесса и IED-устройствами, а также для использования оцифровки данных на технологическом уровне для расширенной диагностики и планирования технического обслуживания. Это положило начало пути POWERGRID к переосмыслению будущего с полностью оцифрованными подстанциями.
Пилотный проект.
В 2014 году компания POWERGRID запустила пилотный проект на своей подстанции 400/220 кВ Бхивади в штате Харьяна. Подстанция оснащена тремя трансформаторами 315 МВА, 400/220 кВ; 10 фидеров на 400 кВ; и восемь фидеров 220 кВ. Для пилотного проекта технологическая шина была установлена на воздушной линии электропередачи 400 кВ переменного тока, цепь Бхивади-Хисар № 1. Все основное оборудование, связанное с этой цепью, было оцифровано в распределительном устройстве подстанции с использованием технологической шины IEC 61850.
Устройства технологического уровня, предназначенные для оцифровки данных с уровня первичного оборудования, были установлены рядом с первичным оборудованием в распределительном устройстве подстанции. Инженеры специально разработали устройства IED, используемые для этого проекта, чтобы противостоять условиям окружающей среды.
Наружные панели управления распределительными устройствами на подстанции 400/220 кВ Бхивади (слева). Оптический трансформатор тока в распределительной станции на подстанции 400/220 кВ Бхивади (в центре). Внутренняя панель установлена в киоске распределительного щита на подстанции 400/220 кВ Бхивади (справа).
Два устройства IED, или контроллеры распределительного устройства, были установлены в распределительном устройстве на наружной панели рядом с распределительной коробкой выключателя. Вся жесткая ошиновка от выключателя, изоляторов и заземлителей была подключена к наружной панели, на которой установлены контроллеры распределительного устройства. Волоконно-оптические кабели использовались для соединения наружной панели и оптического трансформатора тока, установленного в ячейке ввода воздушной линии, от распределительного щита до киоска, в котором размещалась защитная панель.
Соединительные устройства, предназначенные для оцифровки аналоговой информации от трансформаторов тока и напряжения в выбранные потоки значений, соответствующие стандарту IEC 61850 9-2 Light Edition (LE), также были установлены на внутренней панели в киоске. Аналогично, устройство IED с дистанционной защитой, установленное для обработки выборочных значений для различных функций защиты, имеет интерфейс IEC 61850 9-2 для приема данных трансформатора тока и напряжения вместо стандартного оборудования, установленного в киоске. Это устройство IED было установлено для обработки выборочных значений для различных функций защиты.
Лаборатория в Центре передовых исследований и технологий POWERGRID.
Улучшение пилотной версии.
POWERGRID использовала пилотный проект на подстанции Bhiwadi в качестве испытательного стенда для проведения исследований по оценке производительности сети и устройств, в том числе для проверки соответствия стандарту IEC 61850. Оценочные исследования помогли уточнить спецификации устройств и требования к приемочным испытаниям (FAT), определив конкретные требования для GOOSE и выборочные значения на основе схем защиты.
(A) Открытое распределительное устройство на подстанции 400/220 кВ Бхивади.
(B) Вид спереди подстанции 400/220 кВ Бхивади. (C) Диспетчерская на подстанции 400/220 кВ Бхивади.
Выявленные проблемы обсуждались на форумах, называемых TISSUES, где технические проблемы, связанные с IEC 61850, собирались, регистрировались, представлялись и решались. После серии обсуждений с различными производителями IED POWERGRID выяснилось, что обновленные требования по пилотному проекту, могут быть удовлетворены.
Первая цифровая подстанция
С момента начала осуществления экспериментального проекта на подстанции в Бхивади диагностика проблем на модернизированной схеме стала более точной. Кроме того, технологическая шина позволила провести онлайн-тестирование схем защиты и управления цепи без отключения. Раньше для этих процедур требовалось отключение, во время которого сеть была бы недоступна.
(Слева) диспетчерский пункт на подстанции 400/220 кВ Малеркотла. (Справа) ОРУ подстанции 400/220 кВ Малеркотла.
POWERGRID использует результаты исследований по оценке производительности, чтобы поддержать первое в Индии полномасштабное коммерческое внедрение цифровой подстанции на уровне 400 кВ. Этот проект предусматривает модернизацию системы управления и защиты существующей подстанции 400/220 кВ, расположенной в Малеркотле в штате Пенджаб. Подстанция оборудована в соответствии со стандартом МЭК 61850 с использованием системы автоматизации подстанции на основе технологических шин (SAS).
При вводе в эксплуатацию в 1992 году подстанция 400/220 кВ Малеркотла имела традиционную схему защиты и управления, которая требовала широкого использования подземных медных кабелей. Пилотный проект предусматривает оцифровку отсека подстанции. Однако полная оцифровка подстанции была более сложной.
Полная модернизация подстанции потребовала обновления систем защиты и управления, включая систему защиты шин, для всей подстанции. Технология IEC 61850 должна была быть установлена на всех фидерах распределительного устройства с воздушной изоляцией следующим образом:
- ВЛ-400 кВ Малеркотла-Дадри;
- ВЛ-400 кВ Малеркотла-Патиала;
- ВЛ-400 кВ Малеркотла-Лудхияна;
- Трансформатор 400/220 кВ № 1;
- Трансформатор 400/220 кВ № 2;
- Трансформатор 400/220 кВ № 3;
- 50-МВАР шинный реактор.
POWERGRID включает передовые сетевые технологии, такие как виртуальные локальные сети (VLAN) и многоадресная фильтрация, для эффективного управления сетевым трафиком. Поскольку синхронизация времени была чрезвычайно строгой, используемые устройства подвергались строгим валидационным испытаниям.
Самой сложной частью модернизации подстанции была защита шин на всей подстанции, поскольку требовала обширного проектирования и уникального сетевого интерфейса. Наиболее полезным аспектом полностью цифровой подстанции является простота использования онлайн-тестирования с использованием режимов моделирования и тестирования. Эти режимы были тщательно изучены и протестированы до того, как была завершена официальная документация для текущих требований по обслуживанию и обучению.
Проект модернизации подстанции ФАТ Малеркотлы был завершен в апреле 2019 года, и в настоящее время на площадке ведутся пуско-наладочные работы. Аналогичным образом, в настоящее время ведется строительство еще одной полностью оцифрованной подстанции - 220-кВ подстанции «Гринфилд Чандигарх». Строительство подстанции завершено, и в настоящее время проводятся пусконаладочные испытания.
Преимущества технологической шины.
POWERGRID восхищается процессом технологических шин и значительными преимуществами, которые она обеспечивает:
- В обоих проектах, основанных на технологической шине, POWERGRID широко использовал разработки GOOSE и выборочные значения для критически важных приложений защиты, что позволяет проводить онлайн-тестирование схем защиты и управления. Это было невозможно на обычных подстанциях. Онлайн-тестирование значительно сокращает общее время устранения неполадок при обслуживании системы и предлагает смену парадигмы в подходе утилиты к обслуживанию системы защиты.
- В обоих проектах значительно сократилось использование медных кабелей и бетонных конструкций. На подстанции Малеркотла вообще не потребовалось помещение для распределительных щитов.
Исследовательский центр
В ожидании широкого внедрения этой технологии в исследовательском центре POWERGRID, Центре передовых исследований и технологий POWERGRID, была создана современная лаборатория, занимающаяся исследованиями в области интеллектуальных сетей, защиты и автоматизации.
Лаборатория оснащена IED-устройствами и инструментами настройки от разных производителей, используется для тестирования соответствия программного обеспечения и современных сетевых коммутаторов, соответствующих новейшим быстрым и безопасным протоколам, которые используются в исследованиях на месте, доказывающих наличие среды моделирования для различных сценариев. В лаборатории проводятся различные исследования совместимости с устройствами разных производителей, в том числе проверка соответствия стандартам перед развертыванием на месте.
Going Digital.
Внедрение полноценных цифровых подстанций предполагает расширенную диагностику системы, онлайн-тестирование системы, оптимизацию ресурсов и сокращение времени на устранение неполадок и ввода в эксплуатацию. Благодаря новейшей системе IEC 61850, основанной на цифровых технологиях подстанций, POWERGRID может внедрить на подстанциях еще больший объем цифровых и коммуникационных технологий.