Рассмотрено определение интеллектуальных электронных устройств, их назначение и преимущества перед традиционными устройствами, а также реализация протоколов МЭК при помощи интеллектуальных электронных устройств
интеллектуальные электронные устройства, релейная защита и автоматика, микропроцессорные устройства, протокол МЭК 61850
Тенденция перехода на цифровые технологии активно проявляется во всех жизненных процессах человека. Переход на цифровизацию рабочих процессов затронул и электроэнергетическую отрасль. Хотя идеи применения цифровых технологий в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации подстанций появились еще десятки лет назад, их стремительное развитие началось только недавно. Практически все ведущие фирмы электроэнергетической отрасли активно работают в этом направлении. Расширяется количество теоретических и практических исследований, появляются новые международные стандарты, образцы оборудования, опытные полигоны. Это открывает возможности инновационных подходов к решению задач автоматизации и управления энергообъектами, позволяя создать подстанцию нового типа – интеллектуальную подстанцию. Для создания интеллектуальных электрических сетей потребуется широкое применение интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) нового поколения. Под интеллектуальными электронными устройствами понимаются устройства релейной защиты и автоматики, телемеханики, измерительные устройства и другие, обеспечивающие реализацию стандартов цифровой подстанции согласно МЭК 61850 [1].
Принципиальное отличие интеллектуальных устройств различного функционального назначения от традиционных связано с применением более скоростных коммуникаций на основе промышленного Ethernet с поддержкой технологий резервирования и безопасности, возможностью реализации горизонтальных связей между ИЭУ для обмена дискретной и аналоговой информацией и возможностью удаленного считывания и изменения конфигурации, наличие графических сенсорных дисплеев. Организация горизонтальных связей между ИЭУ позволяет реализовать надежную систему оперативных блокировок на подстанции, обеспечить реализацию более эффективных алгоритмов устройств защиты и автоматики.
Необычным является наличие в ИЭУ цветного сенсорного дисплея диагональю 3,5″. Опционально может быть установлен дисплей с диагональю 5,7″, кнопки на передней панели также являются сенсорными.
Внутренняя архитектура устроена таким образом, что функции релейной защиты и сервисные функции, например, телекоммуникационные, выполняются на разных процессорах. Устройство поддерживает публикацию GOOSE-сообщений и резервирование телекоммуникационных интерфейсов. Параметрирование осуществляется при помощи конфигурационного ПО EuroCAP, позволяющего создавать пользовательскую логику релейной защиты в графической среде, оперируя функциональными блоками.
Еще большие возможности для совершенствования автоматического управления и регулирования электрической сетью предоставляет технология векторных измерений, широко используемая в системах мониторинга переходных режимов (СМПР). Опыт внедрения в мире СМПР и достижения микроэлектроники позволяют распространить реализацию данной технологии для ИЭУ распределительных сетей 6-110 кВ.
Несмотря на очевидные преимущества интеллектуальных электронных устройств, основной сдерживающий фактор для их массового применения в распределительных устройствах 6-35 кВ связан со значительно более высокой стоимостью ИЭУ, по сравнению с традиционными микропроцессорными устройствами. Действительно, интеллектуальные устройства с поддержкой МЭК 61850 на начальных этапах развития обладали значительно более высокой стоимостью, по сравнению с обычными микропроцессорными устройствами. Но, в последнее время наметилась тенденция к снижению стоимости ИЭУ с поддержкой стандартов МЭК 61950-8-1, что позволяет более широко использовать указанные устройства в распределительных устройствах 6-35 кВ.
В условиях создавшейся политико-экономической ситуации необходимо развитие ИЭУ собственного производства. Аналогами иностранных ИЭУ является, например, многофункциональный измерительный преобразователь ЭНИП-2 – это интеллектуальное электронное устройство для измерения параметров режима трехфазной электрической сети с функциями дискретного ввода-вывода и программируемой логикой, а также устройство ЭНМВ, которое обеспечивает их сопряжение и реализацию протоколов МЭК 61850-8-1 (производство ООО «Инженерный центр «Энергосервис»»). При этом стоимость ЭНИП-2 с поддержкой протоколов МЭК 61850 сопоставима со стоимостью обычных многофункциональных измерительных преобразователей телемеханики, что делает доступными решения по цифровой подстанции для распределительных устройств 6-35 кВ.
Для расширения функциональных возможностей ЭНИП-2 дополняются модулями дискретного ввода/вывода, блоками телеуправления со встроенными реле, модулями кабельных сетей 6–35 кВ, модулями ввода-вывода с различных датчиков по шине 1-Wire, модулями индикации на основе светодиодных индикаторов, черно-белых и цветных сенсорных жидкокристаллических индикаторов. Для замещения щитовых приборов и индикаторов состояния ячейки предлагается два основных конструктивных решения: раздельное размещение ЭНИП-2 и одного или нескольких модулей индикации и совмещение ЭНИП-2 и модуля индикации в единое устройство с установкой на место щитового прибора.
Отличительными особенностями ЭНИП-2 являются:
• сочетание высокого быстродействия и высокой точности обработки сигналов по основной гармонике при наличии помех в виде свободных составляющих электромагнитных переходных процессов и высших гармоник;
• измерения параметров режима электрической сети в расширенных диапазонах токов и напряжений;
• точные измерения реактивной мощности и энергии без ограничений на несинусоидальность токов и напряжений;
• поддержка стандартов цифровой подстанции МЭК 61850.
В ЭНИП-2 реализованы различные интерфейсы и протоколы обмена, в том числе протокол МЭК 61850-8-1, сервер MMS-сообщений, публикатор и подписчик GOOSE-сообщений для реализации оперативных блокировок и управления.
Для расширения возможностей ЭНИП-2 по телесигнализации и телеуправлению с 2009 года серийно выпускаются модули ввода-вывода ЭНМВ. Модули дискретного ввода-вывода ЭНМВ-1 и ЭНМВ-2 могут быть использованы как модули расширения ЭНИП-2 или как автономные устройства с поддержкой МЭК 61850-8-1 (GOOSE-сообщения) [2].
Интеллектуальные электронные устройства предназначаются для применения не только в распределительных устройствах 110 кВ и выше, но и для применения в распределительных устройствах 6-10 кВ. Габаритные размеры и вес устройств позволяют их установить в релейные отсеки высоковольтных ячеек. Но все же такое решение не обладает необходимым набором преимуществ по сравнению с традиционными решениями, основанными на применении микропроцессорных устройств защиты, автоматики и измерений с аналоговыми входами. Для распределительных устройств 6-35 кВ решение данной задачи возможно лишь при использовании инновационных решений по первичным преобразователям тока и напряжения, а также по подсистеме дискретного ввода-вывода.
Многофункциональное устройство ESM, которое в дополнение к возможностям ЭНИП-2 выполняет функции счетчика коммерческого учета электроэнергии – прибора измерения показателей качества электроэнергии. Интеллектуальное электронное устройство ESM имеет три основные модификации: с аналоговыми входами (от измерительных трансформаторов тока и напряжения), с аналоговыми низкоуровневыми входами (от датчиков тока на базе катушки Роговского и емкостных датчиков напряжения), с цифровыми входами согласно МЭК 61850-9-2LE.
Многофункциональное устройство ESM имеет следующие особенности: измерение параметров режима энергосистемы в полном диапазоне токов и напряжений, поддержка технологии синхронизированных векторных измерений. В распределительных устройствах 6-35 кВ модификации ESM с цифровыми входами согласно МЭК 61850-9-2LE целесообразно применять совместно с современными цифровыми комбинированными первичными измерительными преобразователями тока и напряжения. Устройства ESM содержат от 2 до 4 портов Ehternet, которые предназначены для подключения к шине подстанции. Благодаря наличию в ESM встроенного сетевого коммутатора часть портов может быть использована для подключения к шине подстанции других ИЭУ.
Для индикации показаний ESM разработан специальный модуль индикации ЭНМИ-6. В случае раздельной установки ESM и ЭНМИ-6 возможен как стандартный способ подключения ЭНМИ-6 к устройству ESM с помощью интерфейса, так и подключение по локальной сети Ethernet. Модуль индикации ЭНМИ-6 может использоваться и как автономное устройство для отображения параметров устройств в рамках цифровой подстанции (подписка на GOOSE-сообщения, MMS-сообщения) [2].
Таким образом, применение ИЭУ позволит повысить надежность, существенно сократить количество медных проводов в высоковольтных ячейках, уменьшить их габариты и вес, подстанции будут обладать возможностью тестирования ячеек сразу после их сборки, а также обеспечивать возможность мониторинга и диагностики как отдельных компонентов ячеек, так и ячейки и подстанции в целом.
1. Коновалов Ю.В., Потапов И.Н., Леб М.С. Перспективы использования интеллектуальных подстанций в электроэнергетике // Вестник АнГТУ - Ангарск 2022. - №16. - С. 42-45.
2. Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г. Перспективы использования информационных систем для поддержки управления в энергетике // Инновационная наука. - 2015. - № 1-2. - С. 87-90.
