Сколько уже было сказано слов по поводу Цифровой подстанции и ее полезности для энергетики? И меньше медных кабелей и клеммников. И новые типы устройств на иных физических принципах. И сокращение операционных затрат вследствие необслуживаемых подстанций. И взаимозаменяемость устройств разных производителей. И даже снижение потерь в сетях обещали.

Что же среди всего этого является основным преимуществом Цифровой подстанции? И понимаем ли мы зачем это все затевалось разработчиками стандартов МЭК-61850 или просто повторяем рекламные лозунги с многочисленных электротехнических выставок? Давайте попробуем разобраться

Определение Цифровой подстанции

Цифровая подстанция (ЦПС) – это подстанция с высоким уровнем автоматизации, в которой практически все процессы информационного обмена между элементами ПС, а также управление работой ПС осуществляются в цифровом виде на основе стандартов серии МЭК 61850.

Это определение из норм технологического проектирования подстанций 35-750 кВ ФСК ЕЭС от 2017 года. Из него можно выделить две основных части — “практически все процессы информационного обмена …осуществляются в цифровом виде” и “МЭК-61850”. Определение так себе потому, что слишком расплывчатое (что значит “практически все”?), но оно дает общие ориентиры на цифровизацию электрических сигналов вблизи их источника и, главное, на МЭК-61850.

Это определение означает, что если не используются стандарты МЭК-61850, то подстанция не может называться цифровой. Можно спорить, что “это у ФСК, а у нас по-другому”, но никто другой даже не попытался дать определение цифровой подстанции в нормах. Да и в сознании большинства энергетиков цифровая подстанция неразрывно связана с МЭК-61850, поэтому другие технологии дальше рассматривать не будем.

Что мы знаем о Цифровой подстанции?

Очевидно, что нужно изучить стандарты МЭК-61850 для того, чтобы понять, какие именно идеи закладывали разработчики технологию под названием Цифровая подстанция.

Однако, сделать это не так просто. Даже в первой редакции в серии было 14 стандартов на 1500 страниц жесткого технического текста, а сейчас еще больше. И не все стандарты переведены на русский язык. И за стандарты нужно заплатить МЭКу приличные деньги потому, что бесплатно они не распространяются. Это не круто

Поэтому стандарты читают в основном технари, которые работают над Цифровой подстанцией, но на выставках про нее рассказывают другие люди. Обычно это продвиженцы (технический маркетинг, коммерсанты), которые могут говорить на языке заказчика, без лишних технических подробностей. Именно они определяют, на чем стоит сосредоточить внимание потенциального заказчика, который чаще всего представлен руководителями среднего звена.

Если рассказать о том, что на самом деле описывают стандарты МЭК-61850, то это будет долго, неинтересно и неэффективно с точки зрения продвижения продукции и услуг. Да еще и самому надо хорошо разобраться со стандартами. Поэтому и появляются разные “замены медных кабелей”, “инновационные устройства” и “экономия на обслуживании”. И это не всегда складывается в общую картину по многим причинам:

• Насколько вам важно, что вы замените медные кабели на ВОЛС, если общая стоимость подстанции вырастет?
• Так ли важны новые типы устройств, если появятся новые проблемы вроде кибербезопасности?
• Если уже сейчас есть необслуживаемые подстанции, то зачем придумывать для этого новую технологию?

Часто эти вопросы повисают в воздухе и вызывают споры. Может стоит обратиться к первоисточнику?

Что описывают стандарты серии МЭК-61850

Большая часть стандартов МЭК-61850 описывает, как стандартизировать вторичные функции подстанции и обмен данными между ними. Т.е. как создать цифровую (абстрактную) модель подстанции, с точки зрения типовых алгоритмов РЗА, управления, измерений и других вторичных систем. Эти элементы на языке МЭК-61850 называются системой автоматизации подстанции (SAS).

Это как раз то, чего сейчас очень остро не хватает в энергетике — стандартизация решений. Думаю, за последние 30 лет все наелись нетиповых решений, как в устройствах, так и в проектах. И похоже такие проблемы не только у нас в стране, раз они оформились в целую серию международных стандартов.

Вторая часть стандартов МЭК-61850 описывает, как привязать абстрактные сервисы модели МЭК-68150 к реальных протоколам передачи данных (сегодня используется модель TCP/IP или прямое назначение данных на кадр Ethernet). При этом происходит разделение базовых функций системы автоматизации подстанции и транспортной системы передачи сигналов. Раньше их объединение приводило к постоянному изменению алгоритмов вторичных систем, при изменении аппаратной части блоков или применяемых протоколов передачи данных.

При использовании МЭК-61850 можно получить не просто стандартизацию решений, но еще и стандартизацию не зависящую от существующих технологий!

А как же физическая реализация Цифровой подстанции? Что по этому поводу говорит МЭК-61850? А он не говорит по этому поводу практически ничего, предоставляя выбирать нужную конфигурацию подстанции в каждом отдельном случае.

Выгодно вам на ПС 110 кВ уменьшить количество медных кабелей, установив оптические ТТ? Хорошо. Не выгодно? Можете не применять данную технологию. Вы должны считать затраты и выгоды в каждом конкретном случае. Главное, что функция измерения тока стандартизирована и не зависит от конкретного железа и существующих технологий передачи данных. Эту функцию можно применять и в обычных терминалах РЗА, и в аналоговых преобразователях сигнала (ПАС), и в оптических трансформаторах тока. А если завтра появится устройство измерения на новых принципах, то функция сможет работать и с ним.

Используете вы сегодня Ethernet 100 Мбит/с — хорошо. Завтра понадобится 1 Гбит/с — тоже нормально. А если появится новая более эффективная технология, например, надежная и помехоустойчивая беспроводная сеть? Нет проблем, абстрактная модель подстанции МЭК-61850 не изменится, просто добавиться новый стандарт, который опишет как именно назначить абстрактные сервисы на новую технологию передачи данных.

Стандартизация алгоримтов и независимость от существующих технологий передачи данных — это и есть основные преимущества Цифровой подстанции!

Потому, что они применимы к любой подстанции и на любом классе напряжения.

Что дают преимущества Цифровой подстанции

Чтобы ответить на этот вопрос нужно спросить, а что дает стандартизация? И это не такой простой вопрос, как кажется.

Начинающаяся стандартизации не дает ничего, кроме дополнительных затрат и усложнения. К сожалению, это так. Вам приходится разрабатывать новые устройства, менять привычные правила строительства и эксплуатации подстанций, вкладывать большие средства в переподготовку персонала и т.д.

Когда вы строите одну Цифровую подстанцию, имея в эксплуатации 100 обычных, результаты не улучшатся. Вам нужно обслуживать два типа подстанций, причем строительство ЦПС сегодня дороже обычной. Но с ростом числа Цифровых ПС начнет работать эффект масштаба, который будет снижать общую стоимость проекта.

Если у вас все стандартизировано, то легче производить устройства потому, что понятны правила, а сама аппаратная часть унифицируется по максимуму. Продавать потом сложнее, но производить легче) Да и сами устройства при массовом применении становятся дешевле.

Если есть стандартизация и возможность описать все алгоритмы в цифровом виде, то упрощается и ускоряется проектирование подстанций. Больше нет схем подключения терминалов РЗА с постоянно меняющимся клеммником и разводкой кабелей. Весь обмен данными идет через порты Ethernet, причем вы можете провести испытания на правильность логических связей у себя на компьютере. Параметрирование устройств также можно делать внутри проекта и с готовыми файлами ехать на ПС, чтобы сократить время наладки

Для эксплуатации стандартизация означает меньше ошибок в работе и масштабирование систем автоматизации (интеграция стандартных модулей на верхнем уровне). Плюс это неплохой задел для создания систем мониторинга силового оборудования, где единый формат представления данных крайне желателен.

В общем Цифровая подстанция может показать результат со временем, при строительстве большого количества однотипных объектов. А результаты всем нужны здесь и сейчас. Если на презентации ты скажешь «давайте строить ЦПС чтобы через 10-15 лет получить комплексную экономию за счет стандартизации» денег тебе скорее всего не дадут. Вот поэтому на выставках мы и слышим более сомнительные, но и более понятные неспециалистам заявления про уменьшение количества медных кабелей и сокращение землеотвода под ПС.

Цифровая подстанция всех нас спасет?

Сложно сказать. Это просто технология со своими достоинствами и недостатками, но то, что она направлена на стандартизацию — это большой плюс.
Главное не пытаться применять ее на всех без исключения подстанциях. Вернее можно применять ядро ЦПС, в виде абстрактной модели данных МЭК-61850, но ставить оптические ТТ на напряжении 6-35 кВ — это уже перебор. Возможно в будущем эти технологии станут дешевле и тогда это будет целесообразно, но сейчас надо больше уделять внимание стандартизации, а не внешним аттрибутам ЦПС.

Одно можно сказать точно, сегодня Цифровая подстанция — это одно из самых актуальных явлений в российской энергетике и, если вы хотите не отстать от трендов, то вам нужно самим разобраться с данными технологиями и составить свое мнение об этом вопросе. Читайте первоисточники, изучайте статьи, посещайте курсы. Но не забывайте о вашей основной специальности)

Напишите ваше мнение об этой статье и Цифровой подстанции в целом. Обсудим в комментариях

Удачи!