Domov Elektrotehnika Razširitev sistemov za avtomatizacijo transformatorskih postaj med obratovanjem

Elektrotehnika

Razširitev sistemov za avtomatizacijo transformatorskih postaj med obratovanjem

12/04/2021

Razširitev in preskušanje sistema avtomatizacije z blokadami transformatorske postaje na podlagi standarda IEC 61850

Mednarodni standard IEC 61850, Komunikacijska omrežja in sistemi za avtomatizacijo elektroenergetskih omrežij, obravnava izvajanje blokad in varnostnih zaščit, ki delujejo s pomočjo komunikacije v realnem času namesto klasično ožičenih signalov. V tem članku je opisana inovativna metoda za preskušanje sistema avtomatizacijskih funkcij transformatorskih postaj, zlasti za razširitev funkcij transformatorske postaje med obratovanjem ali v času spuščanja nove postaje v pogon.

Standard IEC 61850 je bil objavljen v začetku leta 2000 in je zdaj priznan standard za sisteme avtomatizacije v elektroenergetiki. Opredeljuje dve osnovni vrsti komunikacije, in sicer vertikalno (na ravni postaje) in horizontalno (na ravni polja):

vertikalna je komunikacija klient/server (MMS), tj. komunikacija med »serverjem« in »klientom«, ki se navadno uporablja za nadzor in spremljanje postaje iz oddaljenega centra vodenja ali lokalnega centra vodenja;
horizontalna je komunikacija GOOSE in vzorčne vrednosti (SV) za izmenjavo časovno pomembnih informacij med inteligentnimi elektronskimi napravami (IEN-i). Uporablja se za blokade med zaščitami, izmenjavo zaščitnih signalov in za digitalizirane signale tokovnih in napetostnih transformatorjev. Komunikacija poteka preko procesnega vodila (process bus).

Bistvena sestavina standarda je standardiziran jezik konfiguracije SCL (Substation Configuration Language), ki opisuje projektno specifične signale in komunikacijske parametre neodvisno od proizvajalca opreme. To pomeni, da za zagon, periodično preskušanje in vzdrževanje lahko poleg programov proizvajalca opreme uporabimo tudi programe drugih proizvajalcev.

Blokade komand v transformatorski postaji

Poleg daljinskega nadzora primarne opreme so blokade komand standardna funkcija, ki jo najdemo v skoraj vseh sistemih avtomatizacije postaj. Blokade komand zagotavljajo, da nadzor nad primarno opremo ne povzroči poškodb na električni opremi in ne ogroža zdravja posameznikov. Na primer, blokada komand preprečuje odpiranje ločilk pod obremenitvijo. Katero opremo je treba blokirati in pod kakšnimi pogoji, določi lastnik postaje z diagramom blokad. Diagram blokad je sestavljen iz specifičnih lastnosti primarne opreme in obratovalnih zahtev naročnika. Na primer, daljinsko upravljanje s primarno opremo je dovoljeno samo, ko je oprema na postaji v daljinskem delovanju (»remote«). Vse ostale komande morajo biti blokirane, dokler se komanda ni izvršila do konca.

Specifično implementiranje blokad komand v postaji

V preteklosti so bile blokade na ravni polja izvedene s pomočjo elektromehanskih relejev v kontrolni omari, na primer, signal, da je zbiralka ozemljena, ali signal, da se izvaja komandna operacija, sta morala biti fizično ožičena v vseh poljih. To je bila kompleksna rešitev še posebej v sistemih z več zbiralčnimi sistemi. S standardom IEC 61850 smo dobili cenejšo in elegantnejšo rešitev. Zahtevani signali, kot so na primer pozicije stikal, se sedaj izmenjujejo po tako imenovani komunikaciji GOOSE. Na začetku je bila kalkulacija blokad izvedena na podlagi standarda IEC 61131-2, čez čas pa se je razvila v naslednje koncepte:

centralizirana: celotne blokade so izvedene znotraj ene centralne enote. Vse informacije o izdaji komand se izvajajo v eni centralni enoti in se potem pošiljajo v posamezno polje. Slabost tega sistema je, če centralna enota odpove;
decentralizirano: celotne blokade so izvedene znotraj več centralnih enot. Vse informacije o izdaji komand se izvajajo v vseh centralnih enotah in se potem pošiljajo v posamezno polje. Slabost tega sistema je kompleknost, na primer, če želimo razširiti postajo, je treba posodobiti vse kontrolne enote na postaji;
mešano: kalkulacija sprostitve blokad se za posamično polje izvaja v centralni enoti polja. Vsa polja postaje so dodatno povezana na postajno centralno enoto, ki izvaja kalkulacijo blokad med posameznimi polji. Vse pozicije stikal se pošiljajo po komunikaciji GOOSE v centralno enoto postaje, ta pa pošilja podatke nazaj v posamezna polja. Prednost je v tem, da ob naključni odpovedi centralne enote postaje še vedno lahko upravljamo s posamičnim poljem. Razširitev postaje ne vpliva na obstoječa polja.

Mešani koncept omogoča dodajanje novih polj brez ponovnega preskušanja obstoječih polj. V ta namen uporabimo Omicronov napredni program StationScout.

Slika 1: Sistem za nadzor postaje

Razširitev obstoječe postaje med obratovanjem

Če je treba obstoječe stikališče razširiti, moramo to storiti tako, da ostalih uporabnikov ne izklopimo iz omrežja. Ob tem se zastavlja vprašanje, kako je mogoče integrirati in preskusiti novo polje, ne da bi posodobili ostala polja in jih znova preskusili. Podobna situacija se pojavi pri zamenjavi sekundarne opreme. Tudi tu je treba nove naprave za zaščito in nadzor procesov pogosto preskusiti med obratovanjem in brez vpliva na že obnovljena polja.

Slika 2: Preskus nove srednjenapetostne opreme

Poglejmo primer podaljšanja zbiralke v srednjenapetostnem omrežju, ki se je v praksi izkazal za uspešnega:

Naredimo novo datoteko SCD in sparametriziramo nov IEN. Novo polje integriramo v obstoječi SCAD-o. Centralno enoto postaje razširimo in dodamo novo polje. Obstoječi krmilniki polja in IEN-i ostanejo nespremenjeni.
Novo polje je vgrajeno skupaj z IEN v obstoječo postajo in preskušeno (še vedno brez obstoječega sistema SAS). Prva izmenjava podatkov z obstoječim sekundarnim sistemom je preskušena s pomočjo simulacije obstoječega sistema. V ta namen uporabimo moderno preskusno orodje OMICRON StationScout. Osnova za preskušanje z OMICRON StationScoutom je datoteka SCD z razširjenim sistemom postaje, ki opisuje obstoječe in nove komponente postaje z vsemi signali in komunikacijskimi storitvami. Na ta način lahko funkcije zaščit in nadzora novega polja preskušamo brez vpliva na obstoječa polja postaje. S StationScoutom lahko preskusimo, ali so vsi signali pravilno poslani lokalnemu operaterju, oddaljenemu centru vodenja in postajni kontrolni enoti. Preskusni inženir to orodje uporablja tudi za simulacijo ustreznih topoloških informacij, ki jih sicer izračuna krmilnik postaje. Izračunana stanja blokad v napravah polja so prikazana in preskušena v grafičnem uporabniškem vmesniku StationScouta. Ukazne funkcije v StationScoutu lahko uporabimo tudi za preverjanje pravilnega izvajanja vsakega preklopnega ukaza, ne da bi to vplivalo na delovanje obstoječega sistema za nadzor procesa.
V naslednjem koraku se v lokalni HMI (procesni zaslon), sistem za daljinsko upravljanje in centralno enoto postaje dodajo novi parametri razširitvenega polja. Sedaj lahko OMICRON StationScout uporabimo za simuliranje IEN novega polja. Posledično lahko razširjene zaslone upravljavcev, sezname dogodkov, sezname alarmov, arhive itd. preverimo tako v lokalnem HMI kot v nadzornem centru na ravni posameznega signala (slika 4). Hkrati se s simulacijo različnih stikalnih stanj novega polja preizkusi pravilna izvedba blokade postaje v postajnem krmilniku, ne da bi bilo treba upravljati s stikalno napravo v novi srednjenapetostni inštalaciji.
Sedaj, ko so bili novi IEN-i in posodobljena obstoječa namestitev uspešno preskušeni, je mogoče povezati oba dela med seboj. StationScout nudi podporo pri sledenju signalov in iskanju morebitnih preostalih vzrokov napak, kot so nepravilna sinhronizacija časa ali druge napake pri parametrizaciji (slika 1).