научный журнал «Актуальные исследования» #22 (49), июнь '21

Актуальность применения цифровых подстанций

В статье рассматривается актуальность применения цифровых подстанций 110-750 кВ в современной энергетике. Основные ее принципы и преимущества. Использование на подстанции цифровых трансформаторов тока и напряжения.

Аннотация статьи
современная энергетика
цифровая подстанция
цифровой трансформатор тока
цифровой трансформатор напряжения
Ключевые слова

Технический прогресс в системах управления на электрических станциях и подстанциях с открытыми распределительными устройствами (ОРУ) высшего напряжения 110-750 кВ привел к разработке, серийному производству и внедрению вторичных микропроцессорных систем измерения, коммерческого учета электроэнергии, релейной защиты, противоаварийной и режимной автоматики, диспетчеризации (рис.1).

Рис. 1. Принцип цифровой ПС

При этом информация о первичном токе и напряжении по-прежнему остаются аналоговыми: электромагнитные трансформаторы тока и электромагнитные или емкостные трансформаторы напряжения.

Можно выделить основные этапы развития подстанций от традиционной к «цифровой автоматизированной подстанции»:

  1. Традиционная подстанция с несколькими ОРУ высокого напряжения, щитом управления, на котором установлены шкафы вторичных систем измерения, учета, РЗА. Кабельные связи протяженные, оптимизация невозможна.
  2. Новые подстанции с релейными щитами (РЩ), расположенными на ОРУ вблизи каждой системы шин или секции шин, в этих РЩ размещены почти все шкафы вторичных цепей данной системы шин или секции шин. Кабельные связи становятся оптимальнее. На главном щите управления (ГЩУ) остаётся оборудование диспетчеров и систем связи.
  3. Цифровая подстанция (1 этап) – установка цифровых трансформаторов тока и напряжения. Замена на оптические вторичных цепей тока и напряжения, оптимизация вторичных микропроцессорных систем.
  4. Цифровая подстанция (2 этап) – все информационные потоки в цифровом формате. Контроль, управление, видеонаблюдение осуществляются дистанционно с удаленного диспетчерского пункта [3].

Для правильной и точной работы цифровой подстанции необходимо применять цифровые трансформаторы – это измерительные трансформаторы, которые имеют цифровой интерфейс с поддержкой протокола IEC 61850-9.2. Электронные трансформаторы - это современный отдельный класс изделий, основанный на последних достижениях в оптике, цифровых устройствах, в технологии передачи данных, электронике. Данные устройства обладают повышенной безопасностью, увеличенной точностью, быстрой работой, малыми размерами и небольшим весом [1].

Рассмотрим цифровые трансформаторы тока и напряжения, которые применяются при проектировании цифровых подстанций. Измерительный преобразователь тока (ЦТТ) предназначен для измерения и передачи параметров тока приборам измерения, учета, защиты, автоматики, сигнализации и управления в сетях переменного и постоянного тока на номинальное напряжение 6(10) – 110 кВ с частотой 50 и 60 Гц.

В основе трансформаторов лежат следующие элементы:

  • первичные преобразователи силы переменного и постоянного тока;
  • электронный блок на стороне высокого напряжения;
  • электронный блок на стороне низкого напряжения (рис.2).

Рис. 2. Устройство цифрового трансформатора тока

В свою очередь измерительный трансформатор напряжения (ЦТН) предназначен для измерения и передачи параметров напряжения приборам измерения, учета, защиты, автоматики, сигнализации и управления в сетях переменного и постоянного тока на номинальное напряжение 6(10) – 110 кВ с частотой 50 и 60 Гц [2].

В конструкции трансформатора можно выделить следующие компоненты:

  • первичные преобразователи напряжения переменного и постоянного тока;
  • электронный блок на стороне высокого напряжения;
  • электронный блок на стороне низкого напряжения (рис.3).

Рис. 2. Цифровой трансформатор напряжения

В процессе разработки новых цифровых подстанций возникает ряд основных преимуществ:

  • единая форма информационных протоколов обмена данными;
  • сокращение кабельного хозяйства;
  • обеспечение наблюдаемости каналов сбора, передачи информации и управления;
  • снижение потерь во вторичных цепях;
  • упрощение механизмов поверки устройств системы;
  • формирование единой системы диагностики устройств вторичной коммутации;
  • переход к необслуживаемым подстанциям.

Кроме преимуществ у цифровой подстанции есть и недостатки:

  • стандарты, разработанные для них, еще требуют доработки;
  • требует полного переобучения персонала.

В результате проведенного исследования можно сделать вывод, что замена традиционных подстанций цифровыми возможна уже сейчас, а в дальнейшем этот процесс будет становиться не только проще, но и выгоднее. В настоящее время высокая цена и недостаточная квалификация персонала не позволяют применять цифровые подстанции в достаточном количестве на территории страны. В ходе модернизаций подстанций традиционного исполнения следует отказаться от привычных аналоговых приборов измерения тока и напряжения в пользу современных цифровых. В тоже время преимущества, которыми она обладает, такими как упрощение механизмов управления, переход к необслуживаемым подстанциям, позволят отказаться в дальнейшем от традиционных методов защиты энергетических объектов.

Текст статьи
  1. Глинкин Е. И., Глинкин М. Е. Технология аналого-цифровых преобразователей. – Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2008. – 140 с.
  2. Горелик Т.Г., Кириенко О.В., Цифровая подстанция. Состояние и перспективы развития. // журнал Практика. – 13 октября 2012. – С.59-65.
  3. Суков, С.В., Коломеец, Н.А. Структура и оборудование цифровой подстанции // Материалы Всероссийской научн. конф. студентов, магистров, аспирантов «Актуальные вопросы энергетики». – Омск.: ОмГТУ, 2016. – 248 с.: ил.ч
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 18 сентября по 24 сентября
Осталось 4 дня до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
28 сентября
Загрузка в eLibrary
28 сентября
Рассылка печатных экземпляров
06 октября