Konferencja - Systemy informatyczne w energetyce SIWE'18
Technologie

Nowe możliwości rozwiązań obwodów wtórnych stacji elektroenergetycznych

1.Krótki opis stosowanych obecnie rozwiązań

System zabezpieczeń i układów automatyki na stacjach elektroenergetycznych jest oparty na:

  • cyfrowych zespołach zabezpieczeniowych
  • cyfrowych modułach wyłącznikowych
  • cyfrowych sterownikach polowych
  • urządzeniach telezabezpieczeń do przesyłania sygnałów binarnych

Urządzenia te mogą zbierać wprowadzone na wejścia binarne sygnały stanu położenia łączników WN pola, sygnały ostrzegawcze, czy sygnały o zadziałaniu np. zabezpieczeń firmowych transformatora.

Zgromadzone w ten sposób informacjie mogą być retransmitowane do systemów SCADA i dalej do ośrodków nadzoru.

Odwrotnie z centrów nadzoru mogą być przekazywane na stację polecenia sterownicze do łączników WN czy układów automatyki (np. załączenie/odstawienie automatyki SPZ , układów synchronizacji czy sterowania przełącznikiem zaczepów).

W stacjach 110/SN funkcja sterownika polowego realizowana jest przez zabezpieczenie, a w stacjach NN instalowane są dedykowane sterowniki polowe połączone siecią światłowodową ze sterownikami stacyjnymi tworząc SSiN.

Aparatura ta (szczególnie zainstalowana w ostatnich latach ) posiada możliwość  transmisji danych w protokole zgodnym z IEC 61850 jednak zastosowanie tego protokołu zamyka się najczęściej w obrębie stacji do wymiany sygnałów pomiędzy zabezpieczeniami ( ogólnie IED) a systemem sterowania  i nadzoru stacji.

Transmisja pomiędzy stacją a centrami nadzoru oparta jest przeważnie o protokół IEC 60870 lub DNP, co zresztą nie ma większego znaczenia z racji zawartości tej transmisji.

W stosowanych terminalach zabezpieczeniowych czy sterownikach polowych realizowane są pewne automatyki (np. SPZ,LRW czy kontrola synchronizmu) ale wyłącznie w zakresie pola.

Połączenie w  zakresie rozdzielni np. funkcji LRW wymaga wykonania połączeń miedzianych (szyn wyłączających) pomiędzy polami rozdzielni  i zainstalowania przekaźników pomocniczych – wykonawczych do otwierania wyłączników pól.

Terminale zabezpieczeniowe posiadają blok swobodnie  programowalnych logik lecz są one rzadko wykorzystywane.

2. Nowe możliwości rozwiązań z wykorzystaniem sygnałów GOOSE i SV

Producenci aparatury zabezpieczeniowej od opublikowania standardu IEC 61850 zbierają doświadczenia i opanowują technikę budowy tzw. stacji cyfrowej w której komunikacja poprzez szynę procesową pomiędzy urządzeniami IED ( terminale zabezpieczeniowe, sterowniki polowe, przetworniki analogowo-cyfrowe tzw „ merging unit” przesyłające sygnały SV – pomiary z przetworników A/D lub bezpośrednio z cyfrowych przekładników prądowych i napięciowych oraz stany binarne w postaci sygnałów GOOSE ze znacznikiem czasu zarówno dla GOOSE jak i  SV).

W tak zaprojektowanych obwodach wtórnych znaczną część połączeń miedzianych zastępujemy połączeniami światłowodowymi a rolę przewodu przejmuje sygnał GOOSE ( IEC 61850-8-1 GOOSE).

Daje to możliwość realizacji np. blokad międzypolowych czy układów LRW bez udziału połączeń drutowych.

W dużych stacjach blokady międzypolowe realizowane są w sterownikach centralnych SSiN gdzie informacje o stanie położenia łączników WN zbierane są w sterownikach polowych i przez sieć LAN dostępne są w sterownikach centralnych.

Automatyka LRW zrealizowana w oparciu o GOOSE eliminuje miedziane szynki wyłączające pomiędzy polami rozdzielni oraz przekaźniki pomocnicze wyłączające. Logika wyłączająca tworzona może być we wszystkich terminalach zabezpieczeniowych pola (podstawowych i rezerwowych) w oparciu o sygnały GOOSE o przyłączeniu pola do systemu szyn ( stan położenia odłączników systemowych) oraz o wyłączeniu od LRW pól danego systemu.

Oczywiście możliwości i zalety stacji cyfrowych rosną w miarę zdobywania doświadczeń na zbudowanych stacjach i są szeroko propagowane przez producentów aparatury.

Stacja cyfrowa wchodzi również w obszar obwodów pierwotnych dając możliwość zastosowania cyfrowych przekładników prądowych (światłowodowych czy cewek Rogowskiego) oraz przekładników napięciowych.

Cyfrowych- czyli dających na wyjściu sygnał SV wg. standardu IEC 61850-9-2

Nawet  w klasycznie zbudowanej stacji istnieją miejsca gdzie przekładniki tradycyjne muszą mieć specjalne wykonanie ze względu na warunki pracy, np. na zasilaniu transformatora potrzeb własnych SN/0,4 kV  z uzwojenia SN  autotransformatora 400/110 kV po stronie SN występuje bardzo duży prąd zwarciowy ( rzędu 30-40 kA) a prąd pobierany przez transf. p.wł. to maksymalnie 15A.

Tradycyjny przekładnik prądowy w wykonaniu specjalnym może posiadać najniższą przekładnię 30/1A przy wytrzymałości zwarciowej Ith=1000 i zapewnia wymaganą klasę dla pomiarów. Natomiast rdzeń zabezpieczeniowy przy tej przekładni nie zapewni wymaganej klasy 5P20 i musimy zastosować drugi przekładnik prądowy o przekładni 1500/1A aby zapewnić prawidłowy pomiar np. dla zabezpieczenia różnicowego autotransformatora głównego.

Zastosowanie przekładnika cyfrowego rozwiązałoby problem zarówno dla pomiarów jak i zabezpieczeń.

Stacja cyfrowa jest nowym rozwiązaniem wykorzystującym sprawdzone już cyfrowe terminale zabezpieczeniowe.

W Polsce powstało już lub jest w trakcie realizacji kilka cyfrowych stacji 110/SN w sieci dystrybucyjnej.

W sieci przesyłowej PSE zrealizowało celem zbierania doświadczeń jedno pole 400kV , gdzie terminale cyfrowe współpracujące z cyfrowym przekładnikiem  prądowym oraz przetwornikiem A/D (merging unitem) pracują równolegle do układu zabezpieczeń zasilanych z tradycyjnych przekładników prądowych i napięciowych.

Wydaje się , że stacje cyfrowe będą coraz powszechniej stosowane jeśli przekładniki cyfrowe będą konkurencyjne cenowo z przekładnikami tradycyjnymi i ogólny koszt budowy stacji cyfrowej będzie konkurencyjny do stacji tradycyjnej.

Stacja cyfrowa powinna ułatwić eksploatację i testowanie zabezpieczeń.

Dostępne są już testery dedykowane dla stacji cyfrowych (np. firmy Omikron) ,rejestratory GOOSE , merging unity i inne użyteczne  w takiej stacji elementy wyposażenia.

Przetestowanie na stacji funkcjonowania szyn procesowych i stacyjnych i stosowanego w nich osprzętu jak switche i routery pozwoli na zbudowanie budzących zaufanie sieci szczególnie w zakresie przesyłu sygnałów GOOSE które mają zastąpić obecnie stosowane połączenia drutowe.

3. Sieć rozdzielcza SN

Rozdzielnie SN w stacjach 110/SN w których od wielu lat stosuje się cyfrowe terminale zabezpieczeniowe gdzie międzypolowe połączenia drutowe wykorzystywane są w automatykach LRW i zabezpieczenia szyn oraz automatyce SCO i SPZ/SCO przy zastosowaniu szyny procesowej IEC61850 połączenia te mogą być zredukowane prawie w 100%.

Rosnące wymagania wobec sieci rozdzielczej w zakresie pewności zasilania odbiorców powoduje konieczność stosowania w głębi sieci reklozerów i wskaźników przepływu prądu zwarciowego.

Aby można było dostarczyć informacje z tych urządzeń do systemów SCADA potrzebne jest niezawodne medium transmisyjne do tego celu wykorzystywane są modemy GPRS lub transmisja radiowa.

Ostatnio pojawiły się modemy umożliwiające transmisję wykorzystując przewody robocze linii SN zarówno kablowych jak i napowietrznych. Umożliwiają one transmisję sygnałów GOOSE a więc mogą być dołączone do szyny procesowej rozdz. SN w GPZ

Podsumowanie

Moim celem nie było przedstawienie szczegółowych rozwiązań stacji cyfrowych, gdyż takie są publikowane i omawiane przez dystrybutorów aparatury służącej do ich realizacji.

Rozwój tego segmentu daje teraz nowe możliwości zastosowania co zostało zilustrowane możliwościami przekładników światłowodowych czy modemu do komunikacji z wykorzystaniem przewodów roboczych linii SN.

Ponieważ w większości już zmodernizowanych stacji zainstalowana aparatura jest zdolna do pracy w sieci lokalnej, dlatego śledzenie nowych propozycji dedykowanych dla stacji cyfrowej pozwala na ich zastosowanie w stacjach już działających w miejscach newralgicznych gdzie dotychczas stosowane rozwiązania nie gwarantowały pełnej funkcjonalności.

Henryk Ptasiński
BSiPE Energoprojekt Kraków

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top