SMEC-NEGU-P2L1-23-05-2025-Presentation-on-Digital-Substation-RU

1.

ПРОЕКТ
Оцифровка для обезуглероживания – Проект по усовершенствованию сети электропередачи
«Проектирование, поставка и монтаж двух высоковольтных подстанций 220 кВ: "Оби-Хаёт" и
"Зарафшан"»
EPC-подрядчик: АО «Узэлектроаппарат-Электрощит»
Консультант: СП SMEC TRACTEBEL
Дата вступления контракта в силу: 12 декабря 2024 года
Продолжительность проекта: 546 дней (18 месяцев)
Дата завершения проекта: 11 июня 2026 года
Номер проекта: OCB/EPC/SS-01/1

2.

Введение в цифровую подстанцию
➢Цифровые подстанции с процессной шиной по стандарту IEC 61850-9-2 представляют собой современное
(четвёртое поколение) развитие традиционных подстанций. Они используют цифровые технологии для повышения
эффективности, надёжности и безопасности электроэнергетических систем.
➢ Цифровые подстанции расширяют применение стандарта IEC 61850 с уровня станции — где он используется для
обмена данными между устройствами защиты и управления (IED, интеллектуальные электронные устройства) и
компонентами верхнего уровня, такими как интерфейсы человек-машина (HMI) или шлюзы — до процессного
уровня. Это позволяет организовать стандартизированную связь между оборудованием процессного уровня
(например, объединительными устройствами и выключателями) и устройствами защиты и управления.
➢Цифровые подстанции используют сенсоры, сети связи и интеллектуальные электронные устройства (IED), что
позволяет осуществлять дистанционный мониторинг и управление электрическими системами.
➢ Переход к цифровым подстанциям означает серьёзный технологический шаг в электроэнергетике — в сторону
более интеллектуальной, продвинутой и устойчивой инфраструктуры будущего
➢При этом медные кабели заменяются оптоволоконными, а традиционные измерительные трансформаторы
тока и напряжения (ТТ/ТН) — на оптические трансформаторы тока и напряжения.

3.

Введение в цифровую подстанцию
➢ Использование цифровых технологий также способствует снижению времени и затрат за счёт сокращения
операционных расходов, таких как установка, техническое обслуживание и замена оборудования.
Например, необходимость в регулярном физическом обслуживании уменьшается, поскольку применение
оптоволоконных кабелей обеспечивает передачу данных в реальном времени, что, в свою очередь, позволяет
выполнять удалённое обслуживание с использованием встроенных функций тестирования по стандарту IEC
61850.
➢ Соответственно, сокращение объёмов технического обслуживания приведёт к повышению безопасности
персонала за счёт уменьшения количества электрических соединений.
Риск поражения электрическим током при замене медных кабелей, а также возможный ущерб, вызванный
случайным разрывом цепей трансформаторов тока (ТТ) во время пусконаладочных работ и операций на
площадке, будет значительно снижен
➢ Безопасность касается не только людей, но и всей системы в целом. Цифровизация позволяет увеличить объём
контролируемых данных, что улучшает обнаружение кибератак. Это помогает системе быстрее выявлять и
нейтрализовать угрозы до того, как они смогут развиться и стать более серьёзными.
➢ Цифровые подстанции способствуют охране окружающей среды, уменьшая занимаемую площадь, так как требуют
меньше места по сравнению с традиционными подстанциями. Функции, которые раньше выполнялись отдельным
оборудованием, теперь могут быть объединены в одном устройстве благодаря использованию интеллектуальных
электронных устройств (IED) и сенсоров.

4.

Уровни цифровой подстанции
В цифровой подстанции выделяют четыре уровня:
а) Уровень процессной шины: Это первый уровень, где расположено основное оборудование, такое как измерительные
трансформаторы (ТТ/ТН), выключатели, разъединители и силовые трансформаторы. На этом уровне также находятся
объединительные устройствa, которые собирают данные с датчиков и преобразуют аналоговые сигналы в цифровые.
б) Уровень ячейковой шины: Расположен выше процессного уровня и включает ячейковые контроллеры, которые
выступают интерфейсом между устройствами процессного уровня и уровнем станции. Ячейковые контроллеры принимают и
обрабатывают данные от объединительных устройств и других приборо. процессного уровня и передают информацию на
уровень станции.
в) Уровень станционной шины: Это уровень выше ячейкового, где данные, полученные от ячейковых контроллеров,
агрегируются, обрабатываются и передаются в системы верхнего уровня — системы автоматизации подстанции (SAS), SCADA
или системы управления энергопотреблением (EMS).
г) Уровень системной шины: Самый верхний уровень в подстанции, включающий диспетчерский центр, отвечающий за
мониторинг и управление общей работой цифровой подстанции. Диспетчерский центр получает и обрабатывает данные с
уровня станции и предоставляет оператору интерфейс управления подстанцией.

5.

Основные компоненты и стандарты IEC цифровой подстанции
Ключевые компоненты цифровых подстанций:
1) Устройства процессного уровня:
➢ Отдельные объединительные устройства, которые интегрируют неконвенциональные трансформаторы тока
и напряжения (NCIT) в процессную шину IEC 61850-9-2, преобразуя аналоговые первичные сигналы в цифровую
информацию
➢ Оптические измерительные трансформаторы тока и напряжения с объединительными устройствами,
обеспечивающими подключение к процессной шине IEC 61850-9-2.
➢ Интеллектуальные электронные устройства (IED) выключателей, которые с одной стороны подключаются к
сети IEC 61850 для коммуникации, а с другой — к катушкам отключения, приводам, моторам и
вспомогательным контактам первичного оборудования.
➢ Сеть связи процессной шины IEC 61850.
2) Устройства ячейкового уровня:
➢ Устройства защиты, управления и комбинированные устройства защиты и управления, которые могут
взаимодействовать как с процессной шиной, так и со станционной шиной IEC 61850.
➢ Устройства защиты и управления должны соответствовать IEC 61850 издания 2 и использовать
соответствующие коммуникационные сервисы стандарта IEC 61850.
3) Устройства станционного уровня:
➢ Клиенты IEC 61850 на уровне станции, такие как SCADA, станционные HMI (человеко-машинные интерфейсы) и
коммуникационные шлюзы для связи с национальными диспетчерскими центрами.
➢ Рабочие места для обслуживания и операторов.
➢ Межсетевые экраны и Ethernet-коммутаторы
➢ GPS часы с функцией SNTP и/или РТР (протокол точного времени)
➢ Сеть связи станционной шины IEC 61850

6.

Архитектура цифровой подстанции

7.

Раздел: Традиционная подстанция vs Цифровая подстанция

8.

Планировка цифровой подстанции

9.

Планировка цифровой подстанции

10.

Архитектура SCMS (Система управления и мониторинга подстанции)

11.

Преимущества цифровой подстанции
Преимущества цифровой подстанции следующие:
1)Улучшенный мониторинг и управление: Цифровые подстанции обеспечивают мониторинг оборудования в режиме реального
времени, что позволяет операторам своевременно выявлять и устранять неисправности. Такая возможность повышает общую
надёжность и эффективность работы энергосистемы.
2)Расширенная видимость состояния сети: Цифровые подстанции предоставляют подробные данные о потоках энергии,
напряжениях и других критически важных параметрах. Это позволяет энергокомпаниям лучше контролировать работу сети и
оптимизировать управление потоками энергии.
3)Удалённая эксплуатация и обслуживание: На уровне станции агрегируются и обрабатываются данные от контроллеров ячеек,
после чего они передаются в системы более высокого уровня — такие как системы автоматизации подстанций (SAS) или системы
управления энергией (EMS). Это обеспечивает возможность удалённого управления и технического обслуживания.
4)Продвинутые функции автоматизации и самовосстановления: Цифровые подстанции поддерживают функции автоматического
выявления, локализации и устранения неисправностей. Это минимизирует перебои в электроснабжении и повышает качество
подаваемой электроэнергии
5)Меньше медных кабелей (на 80% меньше кабеля): Цифровые подстанции используют меньше меди за счёт (1) замены медных
кабелей между распределительным устройством и зданием управления на оптоволокно, (2) замены горизонтальной проводки между
устройствами защиты и управления на протокол IEC 61850, (3) сокращения количества соединений между основным оборудованием и
резервными интерфейсными модулями и (4) уменьшения количества кабелей для электропитания и других подключений основного
оборудования.
6) Меньше транспортировки: Цифровые подстанции способствуют охране окружающей среды за счёт сокращения занимаемой
площади, поскольку они требуют меньше пространства по сравнению с традиционными подстанциями. Функции, которые раньше
выполнялись отдельными устройствами, теперь могут быть объединены в одном приборе благодаря использованию интеллектуальных
электронных устройств (IED) и датчиков.

12.

Преимущества цифровой подстанции
7) Сокращение занимаемой площади: Установка интеллектуальных электронных устройств (IED) требует меньше пространства по
сравнению с традиционными входами/выходами (I/O). Возможна экономия пространства для панелей от 30% до 60%. Это обеспечивает
более высокую степень интеграции систем управления и защиты, а также сокращает площадь распределительного устройства.
8) Меньше времени на установку и отключения: Цифровые подстанции обеспечивают более быструю установку систем управления за
счёт уменьшения количества устанавливаемых панелей. Необходимо меньше кабелей для прокладки, подключения и тестирования. Это
позволяет сократить время отключения фидеров на 40–50% при модернизации вторичных систем. Также становится возможным
проведение полного тестирования системы — от ввода/вывода процесса до систем защиты, управления и SCADA — вне площадки, а
также установка новой системы на базе оптоволокна без вывода станции из эксплуатации.
9) Снижение эксплуатационных затрат: Постоянный мониторинг всех передаваемых данных снижает потребность в периодическом
техническом обслуживании и позволяет оперативно и точно реагировать в случае неисправностей. Тестирование и моделирование по
стандарту IEC 61850 позволяют безопасно и быстро изолировать и проверять функции защиты. Соблюдение стандартов обеспечивает
эффективность будущих модернизаций вторичной системы.
10) Экологическая ответственность: Цифровые подстанции положительно влияют на окружающую среду благодаря меньшей занимаемой
площади по сравнению с традиционными подстанциями. Функции, ранее выполнявшиеся отдельными устройствами, теперь
объединяются в одном приборе с использованием интеллектуальных электронных устройств (IED) и датчиков. Также требуется меньшее
количество кабелей, что снижает негативное воздействие на окружающую среду
11) Меньше кабельных траншей: Прокладка оптоволоконных кабелей не требует сооружения кабельных траншей, поскольку они
укладываются под землю в ПВХ-трубах. Возможное сокращение земляных работ для траншей — до 80%.
12) Компактное здание диспетчерской: Панели управления и защиты выполняются в наружном исполнении, поэтому они могут
устанавливаться прямо в распределительном устройстве (switchyard) рядом с технологическим отсеком. Это позволяет сократить
строительные работы для здания диспетчерской примерно на 30%

13.

Сравнительный анализ – Традиционная vs Цифровая подстанция
Сравнительный анализ: Традиционные vs Цифровые подстанции
Аспект
Технология
Протоколы связи
Сети связи
Традиционные подстанции
Цифровые подстанции
Основаны на аналоговых технологиях и ручном
Используют современные цифровые технологии и инструменты
управлении.
автоматизации.
Зависимость от проприетарных (закрытых) протоколов и Использование стандартных протоколов, таких как IEC 61850, для
ограниченная совместимость.
повышения совместимости.
Ограниченные возможности коммуникации.
Используют коммуникационные сети на базе Ethernet.
Устройства
Применение традиционных устройств, таких как
электромеханические реле и аналоговые измерители.
Измерительные
технологии
Использование традиционных методов измерения с
ограниченными возможностями.
Использование интеллектуальных электронных устройств (IED), таких
как цифровые реле и «умные» счётчики.
Применение инновационных измерительных технологий, таких как не
традиционные измерительные трансформаторы (NCIT),
обеспечивающие высокую точность и широкий диапазон.
Техническое
обслуживание
Требует частого ручного вмешательства для проведения Обеспечивает проактивный мониторинг и предиктивное (прогнозное)
обслуживания.
техническое обслуживание.
Поддерживается мониторинг в реальном времени, предиктивное и
Удалённый
Отсутствуют возможности удалённого мониторинга и
состояние-ориентированное обслуживание для эффективного
мониторинг
диагностики.
управления активами
Ограниченная автоматизация процессов, преобладает
Внедрена расширенная автоматизация с использованием
Автоматизация
ручное управление.
программируемой логики и удалённого управления.
Реализованы надёжные протоколы кибербезопасности, включая
Кибербезопасность Ограниченные меры кибербезопасности.
шифрование и аутентификацию.
Резервирование
Ограниченные механизмы резервирования.
Применение резервных компонентов и отказоустойчивых архитектур
для повышения надёжности и устойчивости.

14.

Традиционная vs Полуцифровая vs Полностью цифровая подстанция

15.

Преимущества оптических трансформаторов тока и
напряжения
1) Цифровой стандарт IEC 61850-9-2 – Взаимодействие (интероперабельность)
➢ Использование автономных устройств слияния (merging units), которые интегрируют нетрадиционные
трансформаторы тока и напряжения в процессную шину по стандарту IEC 61850-9-2.
➢ Простая интеграция в полностью цифровую подстанцию.
➢ Передача оцифрованных аналоговых значений по Ethernet сразу нескольким устройствам.
➢ Возможность непосредственной передачи цифровых выходов в процессную шину с сохранением целостности
сигнала.
2) Улучшение измерений
➢ Отсутствие насыщения, феррорезонанса; высокая точность при переходных процессах.
➢ Точность измерений соответствует классу измерительных приборов, а также широкий динамический диапазон
для защиты.
3) Безопасность и надёжность
➢ Отсутствие риска взрыва.
➢ Нет необходимости в проводном соединении трансформаторов тока по всей площадке.
➢ Возможность легкого расширения или изменения системы без вмешательства в физическую проводку.

16.

Общий объём работ по подстанции "Оби-Хаёт"
➢ Воздушная цифровая подстанция (AIS) с процессной шиной, соответствующей стандарту IEC 61850-9-2
➢ Цифровизация 5 из 12 существующих присоединений 220 кВ.
➢ Цифровизация 9 из 21 существующих присоединений 110 кВ.
➢ Устройства слияния (Merging Units) для всех присоединений — всего 14 устройств для 220 и 110 кВ.
➢ Система управления и защиты для всех присоединений.
➢ Высочастотная связь для всех присоединений.
➢ Аккумуляторные батареи и зарядные устройства — 2 комплекта.
➢ Кабели среднего и низкого напряжения — 1 комплект.
➢ Распределительный трансформатор 10/0,4 кВ — 1 единица.
➢ Система SCADA не входит в данный объём работ.

17.

Основные препятствия для реализации полностью
цифровой подстанции на "Оби-Хаёт":
➢ В соответствии с условиями контракта, подстанция «Оби-Хаёт» должна быть полностью цифровой с
использованием шины процесса, соответствующей стандарту IEC 61850-9-2. Это предполагает наличие всех
четырёх уровней шин: шины процесса, шины присоединения, станционной шины и системной шины
управления. Однако в существующей подстанции отсутствуют как станционная шина, так и системная шина
управления.
➢ Система SCADA не входит в объем работ данного проекта.
➢ Существующая система связи не соответствует требованиям стандарта IEC 61850.
➢ Согласно контракту, объем работ по модернизации подстанции «Оби-Хаёт» частично распределён между
подрядчиками и включает в себя цифровизацию только 9 из 21 ячеек напряжением 110 кВ и 5 из 12 ячеек
напряжением 220 кВ.
➢ Оптические ёмкостные трансформаторы напряжения и ограничители перенапряжений для всех входящих и
исходящих ячеек 220 и 110 кВ не включены в объем поставки, несмотря на то, что они необходимы для
реализации полностью цифровой подстанции.
➢ Существующие автотрансформаторы и распределительные устройства среднего напряжения 10 кВ также не
входят в объем текущего проекта.
➢ Отклонения в ведомости объемов работ (BOQ) и технических спецификациях по сравнению с фактическими
требованиями проекта

18.

Рекомендации консультанта
➢ С учетом основных препятствий, команда консультантов рекомендует реализацию полусовременной цифровой
подстанции с внедрением станционной шины, т.е. SCADA и телекоммуникаций в соответствии с
телекоммуникационным протоколом IEC 61850. Однако следует учитывать следующие моменты:
a) SCADA не входит в объем данного проекта, однако, в соответствии с тендерной документацией и
подтверждением от Группы управления проектом (PMU) НЭГУ, работы, связанные с системой SCADA на уровне
станции и управления, будут выполняться другим подрядчиком, и соответствующий контракт должен быть
заключен и реализован до даты завершения данного проекта.
b) Обычные ёмкостные трансформаторы напряжения (CVT) и ограничители перенапряжений для всех ячеек
220 кВ и 110 кВ, входящих в данный контракт, должны быть добавлены в объем работ без изменения
контрактной цены.Изначально консультантом было замечено и сообщено заказчику, что НЭГУ может
сэкономить средства за счет некорректных позиций в ведомости объемов (BOQ), например, путем замены
трехполюсных разъединителей на однополюсные и отказа от полностью цифрового оборудования, которое не
требуется для полусовременной цифровой подстанции, — таких как объединительные устройства, оптические
трансформаторы тока, и их замены на традиционные трансформаторы тока. Сэкономленные средства могут
быть использованы для закупки и установки обычных CVT и ограничителей перенапряжений.
c) Переход от полностью цифровой подстанции к полусовременной цифровой подстанции повлияет на
сроки выполнения проекта, так как необходимо пересмотреть технические спецификации и ведомость
объемов работ (BOQ) в соответствии с требованиями полусовременной цифровой подстанции
d) Согласно контракту, объем цифровизации подстанции «Оби-Хаёт» частично включен в данный проект, а
именно: цифровизация 9 ячеек 110 кВ из существующих 21, а также цифровизация 5 ячеек 220 кВ из
существующих 12.

19.

ОДНОЛИНЕЙНАЯ СХЕМА ПОДСТАНЦИИ ОБИ-ХАЁТ

20.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ