Общемировой тренд направления перспективных разработок систем измерений и управления электрических подстанций за последние годы однозначно сместился в сторону цифровых измерений, что совпадает и с Российскими тенденциями (цифровая подстанция). Если еще пару лет назад цифровыми измерения становились только после АЦП преобразователя или счетчика, сохраняя при этом полный комплект классических измерительных трансформаторов и вторичных измерительных цепей со всеми вытекающими из их применения проблемами, то сегодня большинство из основных производителей средств учета представили действующие образцы приборов учета, защит, регистраторов и т.д., либо заявили о готовности к работе в цифровых протоколах МЭК 61850 в ближайшем будущем. Обилие создаваемых в настоящее время приборов, средств моделирования цифровых подстанций и пилотных проектов, направленных на отработку различных аспектов взаимодействия устройств требует особого внимания вопросам метрологического обеспечения цифровых измерений наиболее значимым из которых посвящен этот материал.
Отсутствие нормативно-технической документации
Проблема: отсутствие полного и гармонизированного перевода на русский язык всех актуальных разделов международных стандартов серии IEC 61850.
Внутренние документы основного на сегодняшний день потребителя технологий цифровых подстанций ОАО «ФСК ЕЭС» никак не описывают правила проектирования, строительства и сдачи в эксплуатацию систем на базе протоколов МЭК 61850.
Данная проблема является существенной для обеспечения информационной совместимости при работе изделий различных производителей на одном объекте. Кроме того, она вносит большую составляющую риска возникновения проблем на этапе сдачи проекта, что существенно завышает и без того значительную стоимость создания подобных систем. В настоящее время между ОАО «ФСК ЕЭС» и ФГУП «ВНИИМС» заключено соглашение о долгосрочном сотрудничестве в области метрологического обеспечения, в рамках которого ведутся работы по анализу и проработке метрологических аспектов проведения цифровых измерений. Кроме того, в рамках проведения работ по НИОКР ОАО «ФСК ЕЭС» в октябре 2012 года провело отбор претендентов на право разработки технических средств и методологической базы метрологического обеспечения цифровых подстанций. Календарный план выполнения работ по НИОКР предусматривает приведение в соответствие с Российскими и международными нормативно-правовыми актами и стандартами нормативной базы в области цифровых измерений к концу 2013 года, а создание образца комплекта рабочих эталонов и методик поверки по протоколам 61850 к концу 2014 года.
Отсутствие эталонных средств измерений и приборов сравнения
Проблема: отсутствие эталонов единиц физических величин в цифровом виде и механизма прослеживания средств измерений к государственным первичным эталонам физических величин.
Как следствие – отсутствие методик поверки цифровых измерительных каналов и средств измерений, внесенных в государственный реестр как цифровые.
Для целей создания и отладки приборов в настоящее время обычно используются либо не внесенные госреестр АЦП с выходом 61850-9-2LE, либо средства контроля и отладки типа SV Scout или аналогичных. Над созданием эталонных средств измерений и приборов сравнения данных в формате IEC 61850-9-2LE работают такие организации как ФГУП «ВНИИМ им Д.И. Менделеева», ФГУП «ВНИИМС», ООО «НПП МАРС-ЭНЕРГО». Кроме того, появилась поверочная установка фирмы ZERA для поверки цифровых измерительных трансформаторов, возможность официального применения которой сейчас рассматривается. Предварительная оценка начала готовности опытных образцов эталонных приборов к применению датируется осенью 2013 года.
Создание официального реестра функционально совместимых устройств по протоколам стандарта МЭК 61850
Концепция цифровой подстанции подразумевает возможности взаимозаменяемости функциональных возможностей техническими средствами различных производителей. В рамках работ по проектированию системный интегратор неизбежно сталкивается с проблемой оценки информационной совместимости устройств и выборе тех или иных конфигураций оборудования.
В настоящее время компанией ТЕКВЕЛ запущен информационный сайт мэк61850.рф, на котором приведены данные о результатах проведенных проверок информационной совместимости устройств, поддерживающих передачу данных в протоколах IEC 61850. Данные испытания проводятся на добровольной основе и носят информационный характер, в то же время ведутся работы между ФГУП «ВНИИМС» и ООО «ТЕКВЕЛ» о придании этим испытаниям официального статуса.
Метрологическое сопровождение процесса разработки и промышленного производства средств измерений
Существует необходимость проведения долговременных испытаний цифрового оборудования с целью выявления стабильности метрологических характеристик в процессе реальной эксплуатации. Отсутствие статистики применения цифровых приборов и детального исследования повторяемости метрологических характеристик в процессе промышленного производства не позволит указать существенные сроки межповерочных интервалов при внесении изделий в государственный реестр типов и средств измерений, что сделает их на первых порах аутсайдерами по сравнению с классическими приборами.
ФГУП «ВНИИМС» в рамках работ по подготовке к переходу на цифровые измерения предлагает всем производителям средств измерений и РЗиА принять участие в программе метрологического сопровождения процесса разработки и промышленного производства средств измерений. В частности, подобное соглашение действует между ФГУП «ВНИИМС» и ЗАО «Профотек» – единственным в России производителем оптических измерительных трансформаторов, работающих в протоколе МЭК 61850-9-2LE. Данное сотрудничество уже позволило оптимизировать конструктив изделия, а так же его метрологические характеристики. Прослеживание характеристик на этапе разработки и пилотных внедрений позволяют собирать и отслеживать стабильность и повторяемость точностных свойств изделий за больший срок, а значит – более точно оценить фактические значения межповерочных интервалов при сертификации серийного производства. Помимо этого, в рамках сотрудничества ФГУП «ВНИИМС» начал работы по испытанию первой партии универсального прибора учета на базе ВОПТН и ВОПТТ производства ЗАО «Профотек» – цифрового счетчика, прибора контроля качества электрической энергии и датчика телемеханики прямого включения на напряжение 110 кВ. Данный подход позволит в рамках первой партии серийного производства получить уникальный сертифицированный прибор, который можно использовать в пилотных проектах. В данном случае протокол 61850-9-2LE будет присутствовать в приборе как источник данных для внешних устройств, которые можно подключать и опробовать на реальных условиях эксплуатации не нарушая при этом метрологически значимой части измерительного канала.
Стандартизация систем описания информационного взаимодействия элементов цифровых подстанций
Существует необходимость стандартизации систем описания информационного взаимодействия элементов измерительного тракта подстанций. В отличие от классических систем измерений цифровые подстанции являются заложником качества проектного и наладочного персонала, поскольку мало подобрать и установить оборудование, его необходимо настроить таким образом, чтобы полностью исключить возможность появления проблем из-за направления и объема информационных потоков на шине процесса. Фактически, из-за отсутствия в протоколе придачи данных SV меток времени (есть только привязки смещения от 1PPS), существенной характеристикой объекта являются возможные задержки в канале данных и механизмы защиты трафика. И, соответственно, в данной ситуации метрологически значимыми становятся, в том числе – архитектура шины процесса, настройки сетевых коммутаторов и система раздачи синхроимпульсов.
В решении данной проблемы планируется работа в двух направлениях:
- Путь совершенствования систем передачи данных, построенных на специальных сетевых коммутаторах с системой оперативного резервирования и управления нагрузкой, например как это предлагается к реализации компанией Hirschmann.
- Путь применения универсальных многофункциональных анализаторов файлов описания подстанции *.SCD и файлов конфигурации устройств *.CID с обязательным контролем ключевых параметров настроек оборудования.
На текущий момент данный вопрос пока не проработан в необходимом объеме. Нормативная база по данному вопросу должна включаться в объем разработок по НИОКР ОАО «ФСК ЕЭС» с планируемым сроком разработки – середина 2014 года. До этого момента проблема является частью ответственности проектировщика и наладчика перед Заказчиком.
Отражение вопросов метрологического обеспечения процесса измерения технологических параметров работы сети в «Правилах технологического функционирования электроэнергетических систем»
В 2013 году планируются к утверждению «Правила технологического функционирования электроэнергетических систем», регламентирующие требования к характеристикам систем РЗиА и диспетчерского управления, а так же к порядку их эксплуатации, модернизации и создания. Данный документ в текущей редакции (опубликован на сайте ОАО «СО ЕЭС») не способствует прояснению жизненного цикла цифровых измерений в частности, и метрологического обеспечения процесса измерений, использующихся для ведения режима, в общем.
Учитывая высокую важность разрабатываемого документа, Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии поставлена задача проработать вопросы, связанные c метрологическим обеспечением процесса измерения технологических параметров работы сети, используемых для ведения режимов и работы систем противоаварийной автоматики.