Кольцевые схемы и маршрутизация команд: новые принципы организации цифровых каналов связи РЗ и ПА

Электроэнергетика Статья
выбрано
energybase

С повышением требований к устойчивости и надежности энергосистем проблемы организации каналов связи для РЗ и ПА приобретают все большую актуальность.

Среди них — дефицит свободных частот, вопросы электромагнитной совместимости и помехозащищенности, задержки при передаче команд, а также большой объем работ при монтаже, наладке и эксплуатации оборудования.

Проанализировав возникающие сложности, специалисты компании «Прософт-Системы» разработали более эффективный способ транзита команд между объектами. При его реализации на базе АВАНТ — универсальной платформы устройств связи для РЗ и ПА — не требуется прокладывать множество медных проводов и искать свободные частоты. Сегодня компания предлагает уникальное решение — кольцевую схему на АВАНТ К400-М/ВОЛС с маршрутизацией команд.

Обзор предпосылок

В классическом варианте для обеспечения связью систем РЗ и ПА, установленных на противоположных концах ЛЭП 110−500кВ, используются до пяти комплектов высокочастотных устройств и соответствующее количество частотных диапазонов. Применение дуплексных ВЧ-каналов снижает это количество до трех. В качестве среды передачи все чаще используются ВОЛС и мультиплексированные каналы, однако принцип передачи команд «точка-точка» с релейным переприемом на промежуточном пункте остается неизменным.

В результате на многих узловых подстанциях 220 и 500 кВ с несколькими присоединениями работают более десятка УПАСК — при том, что для устройств РЗА достаточно 10−20 дискретных входов-выходов одного-двух УПАСК. И бо̀льшая часть кабельных линий на этих объектах предназначена для передачи сигналов ПА от одного присоединения к другому. Концепция специалистов компании «Прософт-Системы» заключается в том, чтобы отказаться от большого количества транзитных соединений. Для этого был разработан программный модуль маршрутизации команд на АВАНТ К400.

Тонкости разработки

По словам Евгения Макарова, старшего инженера-программиста отдела энергосвязи ООО «Прософт-Системы» и разработчика нового решения, АВАНТ К400 имеет два интерфейсных блока для сопряжения с цифровыми каналами связи. Каждый из блоков может работать в дуплексном режиме по выделенному волокну, либо по интерфейсу стандарта IEEE C37.94 для связи с аппаратурой уплотнения каналов. С помощью одного блока УПАСК принимает команды от удаленного объекта. Модуль маршрутизации выделяет команды для реализации на данном объекте и передает транзитные команды в сторону следующего объекта на другой интерфейсный блок. Такая же передача происходит и в обратном направлении по тому же самому волокну. Данный способ позволяет организовать транзит команд между двумя присоединениями с помощью одного терминала УПАСК без использования дополнительных средств.

Рис. 2. Оборудование узла сети каналов РЗ и ПА: применение АВАНТ К400 с передачей данных по выделен-ным ВОЛС
Рис. 2. Оборудование узла сети каналов РЗ и ПА: применение АВАНТ К400 с передачей данных по выделен-ным ВОЛС

Евгений Макаров комментирует:

Для резервирования пути следования команд несколько УПАСК мы соединили в кольцо. Каждый УПАСК передает команды по двум направлениям кольца одновременно, и они следуют до места назначения независимыми маршрутами. Как известно, традиционный УПАСК имеет 32 дискретных входа и выхода. В кольце это будет общее число команд, разделенное между всеми узлами. Но поскольку для большого количества объектов этого недостаточно, мы создали единое для всего кольца виртуальное адресное пространство на 96 команд.
Каждый УПАСК может передать в кольцо или извлечь из него до 32 команд, но общее их число не должно превышать 96, независимо от количества узлов. Конфигурирование адресации команд в кольце про-изводится при наладке устройств в соответствии с проектом. Конечно, включить все объекты в одно большое кольцо можно не всегда. В этом случае проект разбивается на несколько колец, смежные кольца при этом соединяются с помощью цифрового или релейного переприёма команд.
Рис. 3. Кольцевая схема на ВОЛС с резервированием
Рис. 3. Кольцевая схема на ВОЛС с резервированием

Организация цифровых кольцевых схем — безусловно, инновация в каналах связи РЗ и ПА, — подчеркивает Алексей Чирков, руководитель отдела энергосвязи ООО «Прософт-Системы».
Говоря о преимуществах решения, прежде всего отмечу отсутствие реальных цепей транзитных команд, что снижает объем затрат при эксплуатации и повышает надежность работы системы. За годы присутствия компании «Прософт-Системы» на рынке устройств РЗ и ПА мы накопили статистические данные, которые говорят о том, что во многих случаях причиной неправильной работы становится воздействие помех на дискретные входы/выходы. В данном случае количество таких цепей снижается в несколько раз.

Второй плюс — топологический. Где бы команды ни формировались, они поступают к адресату двумя независимыми пространственно-разнесенными путями, обеспечивая этим резервирование. Также следует отметить, что для двух присоединений ПС устанавливается лишь один УПАСК, а не два, как при обычной схеме, а это экономия средств и места. Еще одно неоспоримое преимущество — малое время передачи команд: задержка не превышает 4 мс на один узел кольца. Вместе с тем можно отметить определенные ограничения в применении кольцевых схем. Это, прежде всего ограничение по общему количеству разноименных команд в пространстве одного кольца и по количеству узлов в кольце. Но в большинстве случаев это некритично.

Рис. 4. Топологическая схема из нескольких колец с цифровым переприемом команд
Рис. 4. Топологическая схема из нескольких колец с цифровым переприемом команд

Практический эффект

В 2018 году новый принцип организации каналов связи РЗ и ПА реализован на объектах АО «Янтарьэнерго» в Калининградской области. В четыре кольца, сообщающиеся между собой релейным переприемом, были объединены 35 объектов, в числе которых — новые ТЭС, построенные в рамках государственной программы по обеспечению энергобезопасности региона.

Сергей Алексеев, начальник службы РЗ и ПА АО «Янтарьэнерго», отмечает:

При реализации проекта «Реконструкция энергосистемы Калининградской области» мы встали перед необходимостью выбрать принцип организации каналов связи для РЗ и ПА. Рассматривали несколько вариантов и остановились на решении, предложенном компанией «Прософт-Системы» и предполагавшем объединение УПАСК в кольцо с дуплексной передачей команд в обоих направлениях.
Первоначально столкнулись со сложностями — нужно было решить, как соединить объекты между собой оптоволокном, — но в итоге нашли возможность задействовать каналы диспетчерской технологической связи. Также подспорьем стало применение оптических мультиплексоров (CWDM), которые позволили использовать одно оптоволокно для одновременной работы нескольких устройств.
В определенный момент камнем преткновения стало ограничение по количеству команд, одновременно передаваемых через кольцо. Но специалисты «Прософт-Системы» решили проблему, увеличив общее адресное пространство. В результате мы получили одно из самых современных в российской энергосистеме решений по организации цифровых каналов связи для РЗ и ПА, удобное в эксплуатации и помогающее оптимизировать технологические процессы.
В настоящее время Калининградская энергосистема активно развивается: готовится ко вводу в эксплуатацию третий энергоблок Прегольской ТЭС, реализуются схемы выдачи мощности, началось строительство четвертой станции — Приморской ТЭС. Ждем, когда на всех объектах будет запущен полный комплект противоаварийной автоматики и энергосвязи.

Алексей Чирков резюмирует:

Уверен, что выскажу общее мнение производителей и потребителей: переход к цифровым способам организации каналов связи для релейной защиты и противоаварийной автоматики неизбежен. На это нацелены современные технологии и стандарты. Основные препятствия здесь, на мой взгляд, — консерватизм эксплуатирующих служб, связанный с сомнениями в надежности таких решений и уровне подготовки персонала. Но, с другой стороны, преимущества очевидны. Реконструируя энергосистему Калининградской области, АО «Янтарьэнерго» и ООО «Калининградская генерация» сделали важный шаг в этом направлении. Надеюсь, этот опыт будет полезен и в других проектах развития и модернизации систем РЗ и ПА.