Применение шины процесса GE Hard Fiber Process Bus на ПС 110 кВ «Приречная»

ОРУ 110 кВ ПС 110 кВ «Приречная» выполнено по схеме «двойная система шин с обходной». К шинам 110 кВ подключены: две ВЛ 110 кВ, два трансформатора 110/10/10 кВ с расщеплёнными обмотками низшего напряжения и один трансформатор 110/6 кВ. Защита каждого присоединения выполнена двумя одинаковыми терминалами (для ВЛ – D60, для трансформатора – T-60), выполняющими также функции автоматики выключателя. В качестве защиты сборных шин 110 кВ применены два взаимно резервирующих устройства B95Plus.

Основное отличие технологии Hard Fiber Process Bus от традиционной, на мой взгляд, состоит в том, что модули ввода аналоговых величин и дискретных сигналов из терминала защиты вынесены в наружный блок УСО (устройства связи с объектом), который в описываемой системе назван «Brick», связанный с защитой оптическим кабелем по протоколу МЭК 61850 (рис. 1).

Рис. 1 Внутренняя структура Brick

Элементы Brick

Несмотря на использование МЭК 61850, Hard Fiber Process Bus остаётся закрытой системой, т.е. в ней нельзя использовать МП терминалы защит и УСО других производителей. Причина этого хорошо раскрыта в статье, опубликованной на сайте «Цифровая подстанция», «…если обратиться к руководству по эксплуатации на эту систему, то можно увидеть, что в этой системе устройства РЗА управляют процессом взятия выборок на Brick. Это управление осуществляется посредством передачи ими на Brick GOOSE-сообщений. Каждый Brick берет выборку, соответствующую 100 мкс назад по отношению к моменту фиксации окончания кадра Ethernet «командного» GOOSE-сообщения, и упаковывает эти данные в кадр 9-2. Точнее упаковывает 8 групп этих данных, соответствующих различным моментам времени. Помимо четырех токов и четырех напряжений (или еще дополнительно 4 токов), каждая группа данных дополнительно включает низковольтные сигналы постоянного тока (от различных датчиков, например, температуры) и дискретные сигналы на входных/выходных интерфейсах Brick, соответствующие определенному моменту времени. Все эти сигналы представляют собой один набор данных. Другой набор данных передается в этом же сообщении 9-2 и включает в себя служебную информацию. Устройство РЗА может вводить различные частоты дискретизации, требовать взятия отсчетов с переменным шагом. Существующие сегодня на рынке устройства сопряжения других фирм-производителей производят взятие выборок относительно внешнего сигнала синхронизации, получаемого от сервера времени, а не по команде устройств РЗА. Они передают стандартный набор данных в соответствии со спецификацией МЭК 61850-9-2LE. Соответствуя этой спецификации, устройства различных фирм-производителей оказываются функционально совместимы между собой, в отличие от решения General Electric».

АРМ диспетчера

Кросс панель

На рисунке 2 представлена схема подстанции и распределение устройств Brick и терминалов защит по кернам трансформаторов тока и напряжения.

В каждом Brick имеется 4 независимых цифровых ядра и, таким образом, к одному Brick можно подключить до 4-х устройств защиты по схеме «точка – точка».

Рис.2 Схема ПС-110 «Приречная» и распределение Brick по кернам ТТ

Передача команд между устройствами РЗА (пуск УРОВ, запрет АПВ, внешнее отключении, различные блокировки) организована путём обмена командами между ядрами Brick, подключёнными к разным терминалам защиты.

При построении системы РЗА на ПС-110 кВ «Приречная» мы руководствовались двумя основными, взаимно противоречивыми, принципами:

1. Надёжность – применено полное аппаратное дублирование всех устройств,
2. Экономичность – максимальное использование всех возможностей каждого устройства для уменьшения числа используемых модулей и соединительных кабелей.

Шкаф зажимов выключателя

На каждом присоединении 110 кВ установлено по два модуля ввода/вывода (Brick), подключенных к разным кернам ТТ. Также на них заведены вторичные цепи ТН 1С.Ш. 110 кВ и ТН 2С.Ш. 110 кВ. Переключение с одного ТН на другой производится вручную испытательными блоками в зависимости от фиксации присоединения по системам шин. Оба устройства защиты каждого присоединения подключены к обоим Brick присоединениям, и в случае неисправности одного из Brick, автоматически переключаются на второй. Оба Brick каждого присоединения действуют на оба соленоида отключения своего выключателя. Кроме того, выполнено прямое действие ключа управления со щита управления на один из соленоидов отключения по медному кабелю.

Шкаф преобразователей Brick, вынесенный на ОРУ

Особенности, с которыми мы столкнулись при проектировании, монтаже и наладке системы РЗА подстанции:

1. Ввод/вывод действия защит и автоматики на выключатели производится не разрывом цепи включения/отключения, а воздействием на дискретный вход терминала защит.
2. В терминалах ДЗШ 110 кВ B95plus отсутствуют дискретные входы и выходы. В связи с этим любое оперативное воздействие на терминал (ввод/вывод защиты, ввод/вывод защиты на конкретное присоединение, ввод запрета АПВ при работе ДЗШ и т.д.) пришлось выполнять посредством воздействия на терминалы РЗА присоединений 110 кВ и передачи этих команд через Brick в терминал ДЗШ, что, во-первых, значительно усложнило проектирование и наладку защит, во-вторых, снизило надёжность всей системы, и в-третьих, заняло львиную долю команд обмена между ядрами Brick. В дальнейшем, если производитель не выпустит новый терминал ДЗШ с дискретными входами и выходами, придётся в шкаф ДЗШ устанавливать терминал контроллера (например С60), на который будут подаваться оперативные команды и связывать его с терминалом ДЗШ по МЭК 61850.
3. В поставку Hard Fiber Process Bus производитель включил также оптические кабели определённой длины (определяется на стадии проектирования) с наконечниками, причём в кабелях для ОРУ проходят две медные жилы для питания Brick. В связи с высокой стоимостью этих кабелей на подстанции применены обычные оптические кабели и отдельно медные кабели для питания Brick. Это вызвало некоторые трудности при монтаже.
4. Проверка защит может осуществляться двояко:

• Наладка защит осуществлялась подачей токов и напряжений от испытательного устройства в Brick, расположенные на ОРУ – 110 кВ. При этом токи и напряжения в цифровом виде подаются во все устройства РЗА, подключенные к этим Brick (оба комплекса защиты присоединения и ДЗШ). Поэтому, в отличии от защит присоединений, терминалы ДЗШ подключены только к конкретному Brick каждого присоединения. Это сделано для возможности поочерёдного вывода из работы и проверки ДЗШ без отключения первичного оборудования.
• С помощью резервного Brick, подключаемого в ОПУ к терминалу защиты присоединения переключением оптического патч-корда. При этом токи и напряжения подаются только в проверяемую защиту.

На фотографиях показаны ШЗВ (шкаф зажимов выключателя) с установленными Brick, вверху шкафа коробочка, в которой распаяна оптика, и подключение Omicron для проверки защит.

Выводы:

1. К недостаткам системы я бы отнёс:

• отсутствие дискретных входов и выходов терминала ДЗШ типа B95plus,
• недостаточное количество выходных контактов Brick, что не позволило выполнить на них оперативную блокировку разъединителей.

1. К несомненным достоинствам относится исключение (в идеале) связей по меди, в связи с чем невозможны ошибки в монтаже при наладке и плановых проверках защит. Очевидное повышение надёжности работы системы РЗА.
2. Если сравнивать со стандартными решениями на базе МЭК 61850, то Hard Fiber Process Bus можно рассматривать как промежуточное решение, не требующее серьёзной переподготовки персонала.
3. Назрела необходимость как серьёзного обучения персонала служб РЗА новым подходам, так и включения в состав служб специалистов по информационным технологиям.