Мнение специалиста. Переход релейной защиты и автоматики на технологию «цифровая подстанция» назрел

Последние несколько лет электротехническая общественность мира постоянно обсуждает плюсы и минусы технологии «цифровая подстанция». Но если Китай, Бразилия и Аргентина активно переводят свои объекты электроэнергетики на новую технологию и строят новые с применением «шины процесса» и «шины подстанции (станции)», то Россия, Германия, Швеция и другие страны Европы реализовали лишь несколько пилотных проектов в этой области. Шевалдин Михаил Андреевич (м.т.н., начальник отдела эксплуатации релейной защиты и автоматики электрооборудования и электрических сетей ГПО «Белэнерго») излагает свой взгляд на необходимость перехода релейной защиты и автоматики на технологию «цифровая подстанция» в Республике Беларусь.

 

СССР – как пример технологического развития

В советские времена общественность заинтересованно наблюдала за каждым успехом, который достигает отечественная промышленность, будь то появление новых устройств и методов или полет очередного корабля в космическое пространство. Сегодня ни о каком «космосе» речи уже не идет. Особенно в энергетике. Новые прогрессивные технологии отталкиваются эксплуатацией, как «ненужные» и «неадаптированные» к современным реалиям. Весь процесс импортозамещения нацелен в основном на замещение того оборудования, что уже апробировано и успешно эксплуатируется. Робкие попытки сделать что-то новое тонут в болоте бюрократии. И некоторые руководители, и специалисты боятся брать на себя ответственность за риски по внедрению новых технологий. Получается, что перемены вроде бы нужны, но никто осуществлять их не собирается, потому, что «от этого я не стану больше получать, а если что не так – меня накажут»… 

ПС 110кВ «Приречная». Уличный шкаф присоединения, где установлены устройства сопряжения типа Brick производства компании General Electric

 

И создаются различные НИОКРы, разрабатываются пилотные проекты, проводятся апробации, то есть делаются попытки обкатать технологию в течение довольно продолжительного времени. Между тем, пока иногда средства тратятся на развитие зачастую оторванного от реальности направления, применяемые технологии успевают устареть и стать неактуальными. В результате приходится разрабатывать новые НИОКРы, «пилоты» и «апробации». И так до бесконечности. 

 

Трудности перехода на новую технологию

Безусловно, релейная защита и автоматика (РЗА) – это одно из самых консервативных направлений в энергетике. Основные принципы работы РЗА сформировались еще до 1960-х годов и до сих пор успешно применяются. Переход на микропроцессорную технику РЗА в конце 1990-х – начале 2000-х годов давался сложно – специалисты считали, что новое оборудование внесет существенные изменения в принципы работы РЗА, добавит новых проблем в данной сфере и как следствие снизит её надежность. Но переход на более современную технику состоялся, продемонстрировав ее преимущества, что обеспечило активное применение новации в электроэнергетике.

ПС 110кВ «Приречная». Шкаф первого комплекса дифференциальной защиты шин 110кВ (вид спереди – только один ключ управления)

 

Позднее полноценная альтернатива в виде электромеханических устройств РЗА и вовсе исчезла. Производителям попросту стало не выгодно ее выпускать – большая себестоимость, множество мануфактурного ручного труда и т.д. Куда проще было наладить выпуск микропроцессорной техники – себестоимость в разы ниже, а ценник можно регулировать рыночными механизмами, получая немалую прибыль.

Этот экскурс в историю технологического развития средств релейной защиты и автоматики позволяет напомнить, что и прежде переход на микропроцессорную технику РЗА осуществлялся с трудом. Тогда, как и сейчас, многие не видели явных плюсов перехода на более современные технологии, считая их тупиковыми и усматривая в их популяризации «происки» маркетологов, навязывающих эксплуатирующим организациям покупку новой техники.

ПС 110кВ «Приречная». Шкаф первого комплекса дифференциальной защиты шин 110кВ (вид сзади – множество оптических кабелей)

Сегодня попытка перевода РЗА на технологию «цифровая подстанция» воспринимается многими точно так же. Появилось множество противников внедрения новой технологии и немало «экспертов», пытающихся с помощью неких «калькуляций» доказать ее нецелесообразность. С ними можно согласиться только в одном – данный переход, если он состоится, не будет простым и породит множество проблем. Это понимают все, поэтому многие резонно спрашивают: нужен ли вообще данный переход?

 

Лавинообразное старение аппаратуры РЗА

В Беларуси количество устройств РЗА на микропроцессорной базе составляет около трети от всех устройств РЗА, функционирующих в энергосистеме страны (к примеру, в России этот показатель едва достигает порядка 20–25 %). Соответственно, две трети действующих устройств РЗА имеют электромеханическую элементную базу и практически исчерпали свой парковый ресурс (срок службы).

ПС 110кВ «Приречная». Экран системы управления

 

Постоянное продление срока службы электромеханических устройств РЗА, переход на более длительный срок их обслуживания и, в конечном итоге, на обслуживание по техническому состоянию, являются, на мой взгляд, лишь попытками немного продлить им жизнь, но никак не вернуть к полноценному существованию. Поэтому необходимы более радикальные шаги, в том числе есть замена устройств РЗА на более современные.

Поскольку Микропроцессорная техника активно внедряется последние 15 лет, в тоже время энергосистемы (какие? – имеются ввиду перечисленные выше – Российская и Белорусская) смогли заменить лишь 20–30 % электромеханических устройств РЗА на цифровые при требуемом объеме как минимум 40–70 %. Очевидно, что такие темпы замены не соответствуют темпам старения РЗА, то есть существующие методы замены устройств РЗА не являются оптимальными и необходимо искать какие-то иные, новые подходы. Теоретически такие новые альтернативные подходы способна предоставить технология «цифровая подстанция».

 

Внедрение технологии «цифровая подстанция» в странах ЕС

Возникает резонный вопрос – почему Германия, Швеция или Швейцария не так активно переходят на технологию «цифровая подстанция»? Думаю, что эти страны в настоящее время устраивают применяемые там методы постоянной модернизации устройств РЗА, когда обновление устройств осуществляется через каждые 15–20 лет. Благодаря такому подходу, у них нет такого устрашающего процента отработавших свой срок устройств РЗА, как у нас и в России. Соответственно, этим странам в настоящий момент не нужна альтернатива функционирующим РЗА, какая бы она не была, в том числе имеющая некоторые преимущества. А для Беларуси такая альтернатива жизненно необходима, но мы некоторые специалисты ее почему-то не ищут, ссылаясь на пример Германии и других европейских стран.

Вход на высоковольтную подстанцию 225/90/20кВ «Блоко» (Blocaux) компании RTE в Франции 

 

Между тем, необходимо отметить, что компания RTE, отвечающая за передачу и распределение электрической энергии во Франции, проанализировав успешный опыт строительства и эксплуатации уникальной подстанции 225/90/20 кВ «Blocaux» («Блоко», г. Амьен), приняла решение применить апробированные на указанной подстанции решения в области технологии «цифровая подстанция» на всех объектах высоковольтной распределительной сети французской энергетической системы. Планируется, что к 2030 году все подстанции RTE будут реконструированы в соответствии с указанной технологией. 

 

Существенный нюанс

Правда, есть один существенный нюанс. Если срок службы электромеханических устройств РЗА составлял 25 лет, а реально они служили и дольше, то современным производителям такой срок службы уже экономически не выгоден, иначе как продать новые устройства и технику? Эта тенденция наблюдается не только в энергетике. Постоянно сокращается срок службы лампочек, телевизоров, элементов подвески в машине, одежды и т.д. Вот и в устройства РЗА производители, стараясь сэкономить, закладывают меньший ресурс и долговечность. 

Подстанция 225/90/20кВ «Блоко» (Blocaux). Организационный пункт управления (ОПУ), где установлены устройства РЗА для одной из двух подсистемы РЗА. Слева ВАЗП и часть системы постоянного тока. Емкость аккумуляторной батареи - 435 А∙ч (126 В пост. тока), что обеспечивает работоспособность всех систем в течении 4 часов после исчезновения напряжения на подстанции

 

Белорусская энергетика как пример для подражания

На мой взгляд, без попыток опробовать новые технологии в реальных условиях эксплуатации на действующих объектах будет трудно сделать вывод о значимости и необходимости того или иного подхода, потому что сегодня только рынок сможет более точно определить, какие устройства с экономической точки зрения целесообразно применять для современной релейной защиты в нашей стране.

Беларусь является своеобразным лидером среди стран СНГ по внедрению «цифровых» технологий в энергетике – в конце 2014 года под г. Гомель введена в эксплуатацию первая уникальная подстанция напряжением 110 кВ с применением «шины процесса» (один из ключевых компонентов системы РЗА при реализации технологии «цифровая подстанция»). Замечу, что подстанция действующая, реально осуществляющая электроснабжение потребителей города.

ОРУ 90кВ на подстанции 225/90/20кВ «Блоко» (Blocaux). Трансформаторы тока и напряжения (ТТ и ТН) – традиционные (электромагнитные). На переднем плане шкаф, где установлены устройства сопряжения (УСО), преобразующие сигналы от указанных ТТ и ТН в "цифровой" вид 

 

Также в Беларуси реализуются и другие объекты с применением технологии «цифровая подстанция» (речь идет о полноценной «шине процесса» и «шине подстанции», а не о передаче сигналов в виде GOOSE и MMS-сообщений). Особо стоит отметить уникальный проект реконструкции высоковольтной подстанции 330 кВ «Могилев», в рамках реализации которого планируется применить прогрессивные технологии, уникальные для Белорусской электроэнергетики – отказ от электромагнитных трансформаторов тока (ТТ) за счет применения оптических ТТ, использование уникальных выключателей-разъединителей (то есть фактически не будут устанавливаться отдельные разъединители на открытом распределительном устройстве 110 и 330 кВ!), а также полноценная реализация технологии «цифровая подстанция» не только для целей РЗА, но и для телемеханики, измерений, метрологии, связи и др.

Шкаф РЗА на подстанции 225/90/20кВ «Блоко» (Blocaux). В одном шкафу устанавливаются от 8 до 12 устройств РЗА

 

Все это свидетельствует о том, что белорусские энергетики постоянно ищут новые способы и средства реконструкции и модернизации объектов электроэнергетики, что особенно актуально в условиях дефицита финансовых средств, снижения издержек и повышения эффективности использования ресурсов и тотальной экономии.

Некоторые специалисты любят утверждать, что технология «цифровая подстанция» окажется дороже классической РЗА с применением традиционных микропроцессорных терминалов. Тем не менее, опыт эксплуатации реализованных проектов, в том числе в Республике Беларусь, свидетельствует об эффективности и технико-экономической целесообразности внедрения технологии «цифровая подстанция» при строительстве объектов электроэнергетики.

Однако для достижения более эффективных показателей уже сейчас необходимо существенно изменить подходы к проектированию, строительству и эксплуатации, в том числе к техническому обслуживанию электросетевых объектов энергетики с внесением соответствующих изменений в нормативную документацию. 

По материалам журнала "Энергетическая стратегия" №1 (55) январь-февраль 2017, стр. 20-22.