Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0033

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0033
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Зеленоградский инновационно-технологический центр"
Название доклада
Разработка принципов построения и основных технических решений цифровой подстанции (ЦПС) 110 кВ нового поколения высокой заводской готовности
Докладчик
Тумаков Анатолий Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель ПНИЭР - создание экспериментального образца программно-аппаратного комплекса компактной, модульной, быстромонтируемой, цифровой подстанции (ЭО ПАК ЦПС), включающей в себя распределительные устройства 6 (10, 20) кВ и 0,4 кВ, обеспечивающей сокращение сроков и стоимости реконструкции объектов 110-35-20(10, 6) кВ, включая затраты на проектно-изыскательские работы (ПИР), а также повышение их эксплуатационной надежности.

Задачи проекта - повышения уровня контроля и диагностики за работой основного технологического оборудования подстанций; повышение уровня автоматизации распределительных подстанций.
Актуальность и новизна исследования
Ключевые проблемы, на решение которых направлена данная работа:
1) очень большое количество распределительных подстанций (около 500 000), с высоким процентом (40 ÷ 70%) морального и физического износа основного технологического оборудования подстанций и в связи с этим острая необходимость повышения уровня контроля и диагностики за работой данного оборудования;
2) низкий уровень (13 ÷ 40%) автоматизации распределительных подстанций
Распределительные устройства подстанций нового поколения – платформа для реконструкции выработавших свой ресурс распредустройств и систем автоматизации.
Новизна решений:
1) Устройства связи с объектом (MU) встраиваются внутрь силового электрооборудования (короткие цепи вторичной коммутации – повышение надежности и ЭМС).
2) Используются первичные датчики нового типа.
3) Программное обеспечение всех компонентов ЦПС формируется исходя из единой программной среды для проектирования, наладки и эксплуатации – ожидается сокращение сроков инжиниринга в 3-4 раза.
Описание исследования

Есть ряд критических технологий при создании цифровой подстанции (ЦПС), которые требуют особого внимания:

1) Интеллектуализация основного оборудования подстанции, то есть встраивание измерительных устройств на заводе- производителе.

2) Минимизация номенклатуры устройств измерительных устройств за счет внутренней унификации субкомпонентов;

3) Использование в электрооборудовании первичных датчиков электрических и технологических величин на новых физических принципах.

4) Использование вместо всей существующей номенклатуры устройств обработки информации – одного унифицированного устройства, выполняющего все функции (защита, управление, измерения, диагностика); модификация устройства определяется только уровнем напряжения, резкое сокращение номенклатуры устройств – это удешевление и упрощение эксплуатации

5) Унификацияя топологии цифровых сетей, адаптация на конкретный объект должна выполняться за счет корректировки карты маршрутизации коммутаторов.

6) Вопросы кибербезопасности на ЦПС.

 

В данном проекте основное внимание уделялось следующим проблемам:

1) Разработка универсальной программно-аппаратной платформы для создания минимально необходимой номенклатуры устройств связи с объектом (MU).

2) Встраивание MU внутрь силового электрооборудования (короткие цепи вторичной коммутации – повышение надежности и ЭМС)

3) Использование первичных датчиков нового типа (магниточувствительные бесконтактные датчики вместо блок-контактов – долговечность и надежность, цифровые ТТ/ТН с креплением на провод и возбуждением от первичного тока/напряжения – уменьшение габаритов и массы, исключение изоляционной среды – долговечность и надежность).

4) Единая программная сред для проектирования, наладки и эксплуатации программного обеспечения всех компонентов ЦПС, что должно привести к сокращению сроков инжиниринга в 3-4 раза.

Для решения задач проекта использовались следующие методы исследования и средства моделировния, которые являются одним из основных инструментов развития ин­новационных направлений электроэнер­гетики.

Методы исследования:

  • моделирование электрических сетей;
  • методы объектно-ориентированного проектирования и программирования.

 

Для целей моделирования датчиков тока и напряжения  цифровой подстанции использовались испытательные установки типа РЕТОМ (61 и 61850).

Решения, применяемые в проекте:

1) Минимизация общего количества цифровых устройств в системе, что является основным инструментом снижения стоимости реализации цифровой подстанции.

2) Цифровая подстанция «канонической» архитектуры отличается существенно большим количеством цифровых устройств по сравнению с традиционной технологией и, соответственно, более высокой стоимостью реализации и эксплуатации, поэтому для перехода к серийному внедрению цифровых ПС, необходима оптимизация их архитектуры и стоимости. Высокая производительность современных микропроцессорных устройств делает технически возможным сокращение их общего количества без потери функциональности.

3) Основные варианты оптимизации архитектуры ЦПС:

  • требования к компонентам формируются в первую очередь исходя из соображений стоимости, эксплуатационного удобства и совместимости с разрабатываемой САПР (для завоевания рынка сбыта необходимы новые качества при минимальной цене – желательно, не дороже существующих)
  • ожидаемые новые качества: уменьшение времени работы РЗА, снижение требований к эксплуатационном персоналу, уменьшение стоимости вторичных систем в 2-3 раза, существенное снижение вероятности внезапного отказа благодаря новым способам диагностики.

4) Некоторые из указанных вариантов оптимизации уже сегодня могут обеспечить существенный экономический эффект. Наиболее эффективны следующие мероприятия:

  • Переход от традиционной концепции «контроллера присоединения» к «контроллеру группы присоединений».
  • Использование специализированных «серверов измерений» для приема и обработки потоков данных МЭК 61850-9-2. 
Результаты исследования

Результаты исследования:

1) Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы с обоснованием выбора направления исследований и используемых в данной работе методов и средств.

2) Обоснование и разработка рациональной структурной схемы и выбор технических решений ЦПС

3) Обоснование и разработка требований к измерительным устройствам ПАК ЦПС, к системе разработки алгоритмов работы измерительных систем ПАК ЦПС, к программному обеспечению для конфигурирования измерительных систем ПАК ЦПС, основных функциональных требований и принципов построения подсистем ЦПС, к основному оборудованию ЦПС.

4) Экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса цифровой подстанции (ЭО ПАК ЦПС).

5) Экспериментальный стенд для проведения исследовательских испытаний ЭО ПАК ЦПС.

6) Обоснование и разработка требований к универсальной программно – аппаратной платформе.

7) ЭКД на универсальную программно – аппаратную платформу.

8) Макет интеллектуального электронного устройства (ИЭУ).

9) Проект технического задания на выполнение ОКР по теме «Разработка цифровой подстанции (ЦПС) 110 кВ нового поколения высокой заводской готовности».

10) Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.

Разработки полностью цифровых РУ-0.4 кВ и РУ-6 кВ в мире только начаты, в России – практически отсутствуют.

Работы по созданию цифровых подстанций проводят:

- Компания «General Electric», США.

- Компания Siemens AG, Германия.

- Компания «ABB», Швейцария, Швеция и т.д.

Основные подходы характеризуется:

- Использованием стандартных интеллектуальных интерфейсов для сопряжения с технологическими процессами (технологическая шина МЭК 61850).

- Расширением функциональных возможностей инструментария для описания систем контроля и управления электрическими подстанциями в соответствии со стандартами МЭК 61850 в части проверки не только синтаксиса, но и семантики описания, с использованием единой шины процесса на базе этого стандарта, а так же, подключение устройств, не поддерживающих этот стандарт, через шлюз.

- Широким использованием международных стандартов для описания энергообъектов и коммуникаций внутри энергообъектов и гармонизация этих стандартов.

- Унификацией аппаратных решений. Использование конфигурируемых многофункциональных устройств, работающих под управлением операционных систем общего назначения.

- Использованием единого времени на объекте автоматизации.

 

Предлагаемые в проекте технологические решения вобрали лучшее из зарубежного и отечественного опыта.

Практическая значимость исследования
Области применения результатов исследования:
1) Подстанции распределительных сетей.
2) Распредустройства на предприятиях, электростанциях и подстанциях.
3) Системы электроснабжения транспорта (судостроение, ж/д и метрополитен).
4) Системы электроснабжения нефте- газодобывающих и перерабатывающих предприятий.
5) Системы автоматизации функциональных узлов для электростанций и предприятий.

Перспективы использования:
1) Распределительные устройства нового поколения – платформа для реконструкции выработавших свой ресурс распредустройств и систем автоматизации.
2) Импортозамещение: вытеснение с рынка импортных компонентов систем управления, регулирования и защиты.
3) Переход от совершенствования аппаратной части в сторону совершенствования программного обеспечения и в сторону алгоритмов диагностики оборудования.
4) В процессе выполнения данной работы предлагаются новые технические решения, которые могут быть предметом дальнейшей разработки.