Я не являюсь экспертом по цифровым подстанциям и не знаю до мелочей всю историю развития этой темы, но за годы наблюдения за ЦПС и работы в смежной области (релейная защита и автоматика) сложил о ней свое мнение. И не только с точки зрения техники, есть много других интересных аспектов цифровой подстанции.

Сегодня я не планирую останавливаться на технических особенностях ЦПС, а хочу, чтобы читатель посмотрел на это явление в масштабе всей энергетики. Откуда всё это появилось и к чему это привело?

Предлагаю рассмотреть этапы развития и распространения цифровой подстанции и стандарта МЭК-61850, который наиболее часто с ней ассоциируется.

1. ФСК ЕЭС берет курс на развитие ЦПС

Изначально тему «Цифровая подстанция» и МЭК-61850 у нас в стране стала развивать ФСК ЕЭС, на балансе у которой в основном находятся подстанции 220 кВ и выше.

В принципе, стремление уйти от медных кабелей понятно, если у тебя от защиты до ТТ проложены токовые цепи длиной 200–300 метров (да еще сечением 6 кв. мм и более), а ОПУ трещит от межшкафных связей.

Технология МЭК-61850 позволяет убрать большой объем медных кабельных связей на большой подстанции. Факт? Факт!

2. Технологический лидер

Параллельно с ЦПС, ФСК ЕЭС первой и практически единственной начинает разрабатывать свои собственные технические стандарты (СТО). Остальные компании разрабатывают нормы позже и с оглядкой на готовые и понятные СТО. Иногда заимствуют части СТО для своих стандартов. Иногда просто ссылаются на нормы ФСК ЕЭС в заданиях на проектирование.

СТО ФСК становятся референсными документами для многих компаний, в том числе и не энергетического профиля. Происходит перенос принципов построения подстанции, зачастую без адаптации к сетям более низких классов напряжения и без учета специфики энергопредприятия.

3. Братья по оружию

На технологию «Цифровая подстанция» обращают внимание генерируюшие компании (ТГК, «Русгидро»), большие станции которых имеют РУ 220–500 кВ, аналогичные подстанциям ФСК ЕЭС.

Популярность МЭК-61850 растет.

4. Производители оборудования РЗА и АСУ условно разделяются на тех, кто «идет в ЦПС», и тех, кто не планирует применять оборудование на сверхвысоких классах напряжения.

По сетям это деление условно проходит по линии «ФСК—МРСК».

Внедрение МЭК-61850 в оборудование РЗА приводит к удорожанию его стоимости. Дороже вычислительные ресурсы, дороже разработка, дороже аттестация. Если ваш основной сегмент 6–110 кВ, то оборудование должно быть недорогим. Поэтому в тему ЦПС погружаются не все.

5. Холдинг МРСК объединяется с ФСК ЕЭС под управлением ПАО «РОССЕТИ».

После структурных преобразований начинается выстраивание Единой технической политики, которая практически полностью состоит из СТО ФСК, где МЭК-61850 указан, как перспективный протокол передачи данных для подстанций (п. 2.3.9.4. Развитие систем РЗА). Подразумевающееся продолжение «220 кВ и выше», естественное для ФСК, опускается, и цифровая подстанция на базе МЭК-61850 становится перспективной для всех классов напряжения. Один ответ на все проблемы!

Остальные производители оборудования РЗА бросаются догонять «цифровых» коллег, включаясь в гонку за ЦПС.

6. Выставки и семинары по релейной защите постепенно превращаются в выставки достижений АСУ.

Протоколы передачи данных, объектное программирование, мощность ЛВС, кибербезопасность…

Алгоритмы релейной защиты и автоматики отходят на второй план.

Основные темы выставки — «транспортные» протоколы 61850, имеющие к РЗА очень отдаленное отношение. Многим обычным релейщикам, попавшим на такую выставку, кажется, что они ошиблись дверью.

Аппаратные возможности терминалов рассматриваются только с точки зрения вычислительных мощностей и топологии построения сети обмена. Климатика? ЭМС? Некачественный оперативный ток? А зачем это всё, если теперь мы будем строить только капитальные ОПУ с кондиционерами и СОПТ? И правда, зачем?

7. Рост популярности МЭК-61850 в сетях и генерации привлекает промышленность и нефтегазовый сектор.

Чем мы хуже? Тоже хотим цифровую подстанцию!

Им вторят производители РЗА, которым нужно отбивать затраты на разработку и аттестацию 61850. «Сетевых» инвестиций на всех может не хватить.

В ТЗ на проектирование объектов 6–35 кВ начинают появляться требования к наличию МЭК-61850. Маркетинг и продвижение работают на полную. Отставшие производители ускоряют внедрение 61850, иногда за счет других разработок. Отрасль глобально разворачивается под лозунгом «ЦПС любой ценой».

При этом в нефтяном секторе и в промышленности строится много подстанций на переменном оперативном токе, с модульными ОПУ из сэндвич-панелей и зачастую там, где нет не то что линий связи, но даже мобильной сети.

Но ведь это не так важно, правда?

8. Все хотят цифровую подстанцию, но мало кто может сказать, что это такое и с какого уровня происходит окончательная и бесповоротная оцифровка.

Сначала это были MMS и немного GOOSE, потом полностью GOOSE, потом GOOSE и 9-2… Потом тема кибербезопасности. Параллельно с этим меняются требования к резервированию каналов передачи данных — RSTP, PRP, HSR…

Ну, почти всё! Еще немного — и можно будет заняться массовым производством однотипной продукции. Вот только внедрим еще эту симпатичную функцию. Ну и еще вон ту…

Международные и российские комиссии никак не могут остановиться на окончательной технологии цифровой подстанции. Редакции и дополнения МЭК-61850 появляются чуть ли не каждый год.

Мало кто помнит, что почти такая же ситуация была несколько лет назад с темой Smart Grid. Никто не мог сказать, что это такое, но все верили, что это будет «ну просто чудо!».

Только денег в эту тему не вложили. А жаль, название было красивое.

9. Первые опытные цифровые подстанции 110 и 35 кВ

Производители оборудования рапортуют, что ЦПС работает хорошо и стабильно. Система справляется с задачами: правильно выявляет КЗ, передает информацию диспетчеру, обеспечивает самодиагностику. Отлично! «Старые» системы РЗА и АСУ ведь такого не могли.

Все ждут ответа на самый интересный вопрос: «Сколько стоит?» Но в отчетах этот пункт аккуратно обходится стороной.

Потом выступает эксплуатация. Основной посыл: интересно, но не за такую цену. Вот так новость!

Означает ли это, что цифровая подстанция на базе МЭК-61850 — всего лишь разработка, которая даже не прошла стадию технико-экономического обоснования?

Конечно же, нет! Цифровая подстанция — это национальный проект, который определит будущее всей нашей энергетики. Это очевидно.

10. Желание новизны «наверху», однако, не «лишает головы» специалистов на местах.

Для подстраховки, при строительстве ЦПС они оставляют параллельно новой системе медные цепи и старое оборудование. Происходит практически дублирование вторичной части ПС. Космические корабли на гусеницах начинают бороздить просторы большой энергетики.

С программной частью всё выглядит еще веселее. Помимо МЭК-61850, заказчики просят внедрить в терминал все существующие протоколы (иногда даже Modbus). На осторожный вопрос «зачем?» сообщают, что в начале эксплуатации планируют работать на старых протоколах, а потом перейти на МЭК-61850.

Первые 15 лет мы, знаете ли, планируем работать по старинке. Но чтоб возможность была!

В ответ на вопрос о том, понимают ли они, что для перехода на 61850 потом придется надолго вывести из работы действующую подстанцию, молчат. Понимают ли они, что с такой скоростью изменения стандарта «их 61850» через 2–3 года станет устаревшим? Молчат. Понимают ли, что просто выбрасывают деньги на ветер? Снова нет ответа.

11. От перрона отходит очень скорый поезд «Национальный проект».

Производители РЗА недоуменно смотрят на его единственный вагон, медленно удаляющийся от них по направлению к станции «Светлое будущее».

Они несутся по перрону, крича, чтобы их подождали. С поезда им отвечают, что для цифровой подстанции они недостаточно продвинутые и их оборудование морально устарело.

— Но мы же главные по релейной защите! У нас колоссальный опыт разработки и применения, — кричат производители, сбивая дыхание.

— А при чем здесь релейная защита? — доносится с поезда. — Мы здесь цифровыми подстанциями занимаемся.

Из последних сил производители РЗА догоняют «Национальный проект» и маркером пишут на вагоне «и децентрализованная». Поезд набирает ход. Производители кучкой лежат на перроне и нервно смеются.

12. Новый виток эволюции ЦПС — оптические трансформаторы тока и электронные ТН.

У вас до сих пор нет поддержки 61850-9-2? Тогда мы идем к вам!

Снова разработки, снова аттестация, снова удорожание решений. Преимущества? ТЭО? Давайте об этом попозже. Опытные полигоны ведь финансируются по статье «НИОКР», придет время массового применения — что-нибудь придумаем. О нормативной базе для строительства ЦПС тоже подумаем потом. Ну и спецы по МЭК-61850 сами возникнут, когда начнем по всей стране цифровые подстанции строить.

Производитель оптических ТТ сообщает, что современные ТТ 500 кВ и выше смогут сравняться по цене с аналогичными электромагнитными ТТ. Другой производитель сообщает о планах производства оптических ТТ 6 кВ для ячеек КРУ. Аплодисменты всем!

13. МЭК-61850 проникает в сети 6–10 кВ (оборудование-то есть).

Опытные коммерсанты обрабатывают впечатлительных главных энергетиков, и двойные оптические кольца появляются в проектах электроснабжения промышленных предприятий, между ТП 10/0,4 кВ (это не шутка, видел проект лично).

Выходит доклад о реализации полностью цифровой РП 10 кВ на базе стандарта 61850, включая 9-2. Наконец-то удалось заменить два метра медных кабелей — от ТТ до релейного отсека. В каждой ячейке! Экономия налицо.

Производители автоматов 0,4 кВ начинают волноваться.

14. Очередной виток эволюции ЦПС — кибербезопасность.

Новые участники, новые темы. Новые стандарты, новые аттестации. Еще немного дороже, но в принципе разницы уже нет.

— Вы хотели цифровых фишек? Пожалуйста, но теперь вашу подстанцию может поломать даже школьник. Да, прямо с планшета, вон утилитки доступа в Интернете лежат. Что с вами, что с вами?.. Не волнуйтесь вы так. Мы вам поставим антивирус. Куда-нибудь… Пока не решили. Да, конечно, всё будет в порядке. Мы сто раз так делали.

15. Облачные хранилища данных

Обычные терминалы РЗА — это древность. Централизованные системы на базе 1–2 шкафов на подстанцию — да, хорошая идея, но тоже уже старовата.

Нам ведь в энергетике нужны свежие, прорывные идеи. Давайте мы подключим ваши подстанции к единому data-центру! Там будут крутиться все алгоритмы вашей энергосистемы. Мы с вас даже денег за оборудование не возьмем. Вы только алгоритмы будете оплачивать по подписной схеме.
Хотите двухступенчатую МТЗ на присоединение — 700 руб. в год, хотите трехступенчатую — 1000 руб. в год. Вам больше не нужно будет переплачивать. В data-центре ваши алгоритмы РЗА будут в безопасности. Мы их надежно защитим от всяких там хакеров. Сможете смело уволить ваш персонал и стать по-настоящему независимой компанией… Давайте просто обсудим это.

Выводы

Если посмотреть на весь процесс развития технологии «Цифровая подстанция», можно увидеть, как в принципе правильное и понятное решение для сетей 220 кВ и выше превращается в отчаянную попытку «выжать хоть что-то» для сетей 35 кВ и ниже. Не бывает хороших или плохих технологий, зато бывают хорошие и плохие решения. А решения включают ответы на вопросы не только «как?», но и «для чего?».
Механизм распространения ЦПС такой: сначала крупные энергетические компании при помощи норм и требований заставляют производителей РЗА внедрить МЭК-61850, а когда это происходит, производители начинают заниматься тем, что в маркетинге называется «генерация спроса». Так как производители работают сразу на все сегменты рынка, то ЦПС за счет агрессивного продвижения спускается «вниз». Закаленные в боях с сетями и генерацией, производители относительно легко убеждают промышленность просто попробовать новую технологию.

Чаще всего «великая цифровая идея» заканчивается на стадии тендера, когда оттуда убраны «менее продвинутые» конкуренты.

После этого делается стандартное решение на «модбасах и протоколе 103», потому что 61850 там просто не нужен да и никто его не сможет нормально обслуживать. Вот только стоит это всё уже как ЦПС. Так что пока цифровая подстанция — не столько готовая отработанная технология, сколько неплохой маркетинговый ход, позволяющий решать задачи увеличения выручки/прибыли.

Я не знаю, такого ли эффекта хотели добиться люди, запускающие проект «Цифровая подстанция», но отрасль действительно разворачивается в направлении «digital». Причем разворачивается по всем классам напряжения, во всех отраслях энергетики и промышленности. Но этот поворот идет только на уровне руководства, а не по всему предприятию. В «голове» — вихрь инновационных идей, которые устаревают сразу, как только родились, а на местах — инерция, растянутая на десятилетия (срок жизни подстанции). То есть «голова» энергично поворачивается отдельно от «тела». Полезна ли такая гимнастика, коллеги?

Налицо попытка переноса самых лучших и продвинутых технологий из мира IT в мир энергетики, фактически их сращивания. При этом почему-то все забывают, что цикл жизни продукта или решения в этих сферах отличается на порядок.

Сегодняшний мощный компьютер через 3 года становится очень посредственным, а через 5 его можно выбрасывать на помойку. Сегодняшняя новая подстанция через 30 лет станет «взрослой», а когда ей стукнет 40–50 лет, начнут думать о ее реконструкции. Мне кажется, это одна из причин, по которой мы не можем определиться с окончательными требованиями к ЦПС, всё время хочется «докрутить» чего-то более современного. Но энергетикам не выиграть эту гонку — слишком большая разница в жизненных циклах. Вот мы и «лежим в направлении мечты», стремясь к цифровой эре и имея при этом в эксплуатации 3/4 устройств из прошлого столетия.

Что плохого в том, что все развивают и тестируют одну технологию? Да в принципе нет ничего плохого. Наоборот, когда все сосредоточились на одной задаче, решить ее легче. Только нужно помнить, что у нас в стране не только подстанции 220 кВ и выше. В тех же «Россетях» море тупиковых ПС 35 и 110 кВ, которые нужно скорее реконструировать. Там нет нормального оперативного тока, а наверху до сих пор стоят ОД и КЗ. Там что, тоже требуется МЭК-61850?

А если нет, то что тогда? Почему никто не разрабатывает вторую «национальную» технологию, которая позволит массово и недорого строить подстанции такого класса? Например, типизацию алгоритмов и клеммников устройств/шкафов РЗА. Вроде такие планы не так давно были у «Россетей»? Согласен, инноваций здесь маловато и по телевизору о таком не расскажешь, но зато это будет работать здесь и сейчас. Выпустил СТО, подождал полтора-два года и получил типизированные решения от производителей РЗА.

А если все подстанции будут цифровыми, то сколько времени понадобится на их строительство/реконструкцию с учетом технической и организационной готовности самого заказчика, отсутствия четких норм проектирования и текущего уровня финансирования? Мне кажется, если посчитать этот срок и сравнить его с оставшимся сроком эксплуатации существующих подстанций, то сразу станут понятны реальные перспективы проекта «ЦПС везде и для всех».

Может, пора провести «черту целесообразности» для цифровой подстанции и принять, что сети разных классов напряжения должны строиться по-разному?