Osnovni principi vođenja samoodržive napredne mreže

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE
ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED
4. (10.) savjetovanje
Trogir/Seget Donji, 11. - 14. svibnja 2014.
SO3 – 04
Boris Brestovec, dipl.ing.el.
KONČAR - KET d.d.
mr. sc. Zdravko Jadrijev
HEP ODS - Elektrodalmacija
boris.brestovec@koncar-ket.hr
zdravko.jadrijev@hep.hr
mr. sc. Boris Njavro
KONČAR - KET d.d.
boris.njavro@koncar-ket.hr
OSNOVNI PRINCIPI VOĐENJA SAMOODRŽIVE NAPREDNE MREŽE
SAŽETAK
U današnje vrijeme veliki poremećaji opskrbe i ispadi napajanja mogu imati veliki ekonomski i
socijalni utjecaj, te je pitanje sigurnosti i pouzdanosti sve važnija. Napredne mreže imaju karakter
samoodrživih mreža, koje će osigurati skraćenje vremena ispada što je nužno za efikasno vođenje
distributivnog pogona pogotovo u urbanim sredinama. Osnovna karakteristika naprednih samoodrživih
distributivnih mreža je sposobnost automatske detekcije i lokalizacije kvara, izolacije kvarnog dijela mreže
te automatska restauracija napajanja dijelova mreže koji nisu kvarni.
U radu će se dati osvrt na osnovne principe samoodrživih mreža kroz pregled postojećih
instalacija, uz posebni osvrt na prvu samoodrživu mrežu u distributivnoj mreži HEP ODS-a, ARM sustav
isporučen početkom 2013. za krajnjeg korisnika Zračnu Luku Split.
Ključne riječi:
samoodržive mreže, rekonfiguracija mreže, detekcija kvara, IEC 61850, DAS
BASIC CONCEPT OF SELF-HEALING SMART GRID MANAGEMENT
SUMMARY
Today large disturbances in power supply and long outages can have large economic and social
impacts, thus raising importance of safety and reliability of supply to the customers. Smart grids have selfhealing characteristics, which will enable lowering down the outage time in order to effectively manage
the distribution grid. The main functionality of such a grid is to have the possibility to automatically detect
and localise faults, isolate them and automatically restore the supply of power to customers.
The paper will give an overview of the basic principles of self-healing smart gird through a review
of existing installations, with special reference to the first self-sustaining network of distribution network
HEP ODS, ANR system delivered in beginning 2013. in Split Airport.
Key words: self-healing grid, grid reconfiguration, fault detection, IEC 61850, RTU
1
1.
UVOD
U današnje vrijeme veliki poremećaji opskrbe i ispadi napajanja mogu imati veliki ekonomski i
socijalni utjecaj, te je pitanje sigurnosti i pouzdanosti sve važnija. Napredne mreže morati će imati
karakter samoodrživih mreža, koje će osigurati skraćenje vremena ispada što je nužno za efikasno
vođenje distributivnog pogona pogotovo u urbanim sredinama.
Osnovna karakteristika naprednih samoodrživih distributivnih mreža je sposobnost automatske
detekcije i lokalizacije kvara, izolacije kvarnog dijela mreže te automatska restauracija napajanja dijelova
mreže koji nisu kvarni. Ovakva funkcionalnost osigurava povećanu pouzdanost i raspoloživost napajanja,
skraćuje trajanje zastoja i prekida te smanjuje troškove i štete koji su posljedica nestanka napajanja.
Realizacija navedenih funkcionalnosti moguća je korištenjem automatskih sustava vođenja koji
koriste Algoritme Rekonfiguracije Mreže (ARM). U radu će se pokušati razmotriti dvije moguće
implementacije takvih sustava: centralizirani i decentralizirani sustavi.
Centralizirani sustavi baziraju se na SCADA/DMS sustavu koji jednom centralnom mjestu vrše
izračune ARM algoritma na temelju cjelokupne topologije i velikog broja informacija te djeluje na
određene izvršne članove (daljinske stanice) u mreži osiguravajući gore navedenu funkcionalnost.
Decentralizirani sustavi zasnivaju se na lokalnim decentraliziranim inteligentnim sustavima kao
osnovnim jedinicama koje omogućuju prikupljanje procesnih podataka, njihovu obradu, razmjenu sa
drugim jedinicama i izvršavanje ARM algoritma. Osim toga, lokalne automatske jedinice prosljeđuju
podatke i prema nadređenim Distributivnim Centrima u SCADA/DMS sustav koji omogućuje operaterima
sustava nadzor i vođenje elektroenergetske distributivne mreže.
U radu će se napraviti pregled osnovnih karakteristika oba rješenja samoodrživih mreža i
pokušati će se prezentirati njihove prednosti i nedostatci. Detaljno će se također prezentirati prvu
samoodrživu mrežu, zasnivanu na decentraliziranom rješenju, u distributivnoj mreži HEP ODS-a, ARM
sustav isporučen početkom 2013. za krajnjeg korisnika Zračnu Luku Split.
Algoritam ARM je koncept koji se odavno koristi u industrijskim postrojenjima u obliku Preklopne
Automatike (PA). Osnovna zadaća PA je osigurati napajanje na sabirnicama koje napajaju kritične
industrijske potrošače (crpke, motore, kompresore), te u slučaju ispada jednog dovoda, automatski
uklapaju sekciju i alternativni dovod i tako osiguravaju napajanje. Implementacija algoritma PA realizirana
je za potrebe Decentraliziranog Sustava Daljinskog Vođenja (DSDV) u Rafineriji Nafte Rijeka 2009.
godine, čije se osnovne funkcionalnosti opisuju u [1].
2.
OSNOVNE FUNKCIJE SAMOODRŽIVE NAPREDNE MREŽE
Karakteristika samoodržive napredne mreže je u prvom redu sposobnost automatske restauracije
napajanja dijelova mreže koji su pogođeni kvarom na jednom njenom dijelu. Restauracija se izvodi
automatski na način da mreža ima mogućnost detekcije, lokalizacije i izolacije kvara, te u konačnici i
automatsko djelovanje na izvršne članove mreže.
Da bi se te napredne funkcionalnosti mogle i ostvariti nužno je imati implementiran sustav
automatike koji prikuplja procesne informacije, nadzire njihove promjene i upravlja sa sklopnim aparatima
u mreži kao posljedica proračuna algoritma ARM. Sustav automatike mora prikupljati i nadzirati sve
informacije iz distributivne mreže o stanjima aparata koji su bitni za rekonfiguraciju mreže, informacije o
kvarovima dobiveni putem indikatora kvara, te mjerenja struja i napona na bitnim odvodima na kojima se
mora osigurati napajanje za recimo prioritetne potrošače. Na temelju svih prikupljenih podataka sustav
izvršava proračun algoritma ARM koji za rezultat ima redoslijed sklopnih operacija koje se automatski
izvršavaju da bi se izvršila rekonfiguracija mreže uzrokovana kvarom ili ispadom napajanja dijela mreže.
Sustavi automatike na razini samog postrojenja mora se temeljiti na inteligentnim elektroničkim
uređajima, uglavnom daljinskim stanicama ili logičkim kontrolerima. Njihova osnovna funkcija je
prikupljanje i obrada procesnih signala, te prosljeđivanje nadređenim Sustavima Daljinskih Vođenja,
SCADA sustavima u Dispečerskim Centrima. Naravno osnovni preduvjet je da su SN postrojenja
automatizirana, tj. da posjeduju elektromotorne pogone koje pokreće sklopne aparate.
Kako bi se lakše mogao objasniti princip automatske rekonfiguracije samoodržive mreže, za
primjer je uzeta radijalna mreža na slici 1. Mreža se napaja preko dvije VN stanice sa lijeve i desne strane
te ima jednu normalno otvorenu točku, označeno na slici kao čvor F. Pretpostavka je da na svim
stanicama postoje sustavi automatike koji su preduvjet za implementaciju sustava rekonfiguracije mreže.
2
Slika 1. Primjer djelovanja algoritma ARM
Pretpostavimo da se između čvorova C i D dogodi kvar (slika 2.), te funkcija numeričke zaštite
isključi dovod prema lijevoj strani mreže. U tom slučaju algoritam automatske rekonfiguracije detektira
lokaciju kvara koristeći indikatore kvara i indikatore prisutnosti napona na čvorovima, te kao rezultat
proračuna automatski izvršava izolaciju kvara.
Slika 2. Pojava kvara između čvorova C i D
Izolacija kvara se očituje kao otvaranje čvorova C i D (slika 3.). Nakon uspješne izolacije kvara,
sustav automatski uklapa normalno otvoren čvor F i prekidač na dovodu sa VN stanice koja napaja lijevi
dio mreže. Rezultat toga je potpuna automatska restauracija napona na svim čvorovima, što je i bila
zadaća algoritma.
Slika 3. Izolacija i restauracija napajanja
Ovisno o tipu implementacije samoodržive mreže, sam proračun algoritma rekonfiguracije odvija
se ili na razini postrojenja, pa je tad riječ o decentraliziranim sustavima automatike ili na razini DC-a, pa je
tada riječ o centraliziranim sustavima automatike.
3.
CENTRALIZIRANI SUSTAVI AUTOMATIKE
Prikupljeni procesni podaci sa postrojenja putem inteligentnih elektroničkih uređaja na nivou
postrojenja obrađuju se u nadređenom SCADA sustavu u DC-u. U sklopu SCADA/DMS sustava
implementiran je na jednom centralnom mjestu algoritma samoodržive mreže. Ovakvo rješenje, prikazano
na slici 4., u principu predstavlja napredne funkcionalnosti u samom SCADA sustavu. Razmjena i tok
informacija u centraliziranom rješenju je vertikalna, razmjena podataka između inteligentnih elektroničkih
uređaja na postrojenju sa nadređenim SCADA/DMS sustavom u DC-u.
Osnovni preduvjet za izvođenje algoritma ARM na centralnom mjestu u DC-u je taj da postojeći
SCADA/DMS sustav ima razvojnu okolinu koja omogućuje implementaciju korisničkih logičkih funkcija.
Takva razvojna okolina naziva se logički procesni kontroler i omogućuje razvoj raznih logičkih funkcija, pa
tako i implementaciju raznih proračuna što je osnova za ARM algoritam. Važno je napomenuti da je jedan
od preduvjeta izvođenje proračuna u stvarnom vremenu što je nužno za efikasno izvođenje same
rekonfiguracije.
3
Slika 4. Primjer Centraliziranog ARM sustava
Izvođenje algoritma na centralnom mjestu u sklopu SCADA/DMS sustava zahtjeva pouzdanu
komunikacijsku infrastrukturu preko koje se inteligentni elektronički uređaji na postrojenju povezuju na
centralni sustav. U slučaju kvara na komunikacijskoj infrastrukturi nemoguće je izvesti rekonfiguraciju,
štoviše algoritam se iz sigurnosnih razloga mora blokirati. Ažurnost samih procesnih signala dobivenih sa
postrojenja su dakle osnovni preduvjet za centralno rješenje ARM sustava, te njihova ne ažurnost uvelike
utječe na pouzdanost i sigurnost ARM sustava. Nažalost ovo je i najveća mana centralnog rješenja, jer je
upravo u havarijskim situacijama, gdje je bitno da ARM sustav odradi svoju zadaću, komunikacijska
infrastruktura uvelike podložna kvarovima i smetnjama koje će omesti pouzdano izvođenje
rekonfiguracije. Slično na uspješnost ARM sustava utječe i latencija uzrokovana raznim komunikacijskim
protokolima i principima, te je bitna ujednačenost tipa i vrsta protokola kojim se povezuju ista postrojenja
koja sudjeluju u proračunu, što kao posljedicu pak ima zahtjev na ujednačenosti opreme po pojedinim
postrojenjima.
Pogledajmo situaciju kad se dogodi kvar na SCADA/DMS sustavu, kvar će uzrokovati i
zaustavljanje svih ARM sustava implementiranih u distributivnoj mreži, što je jasno neprihvatljivo za
operatera distributivnog sustava. Kasnije ćemo vidjeti da u decentraliziranom rješenju, u slučaju ovakvog
kvara, ARM sustavi svi ostaju u funkciji što omogućuje jednaku pouzdanost i sigurnost napajanja za sve
potrošače u takvim situacijama. Važno je imati na umu da se SCADA/DMS sustavi izvode u redundantnoj
izvedbi pa je takav kvar relativno malo moguć.
Prednost centralnog rješenja ARM sustava svakako je lakše održavanje i konfiguracija sustava
što je moguće u ovom slučaju sa jednog centralnog mjesta, na jednom SCADA/DMS sustavu u DC-u.
Sistem inženjer praktički iz DC-a ima mogućnost dijagnostike sustava, njegovo nadgledanje i
konfiguraciju. Prednost centralnog rješenja je također da na pojedinom postrojenju nema potrebe za
ugradnjom skuplje opreme, inteligentnih elektroničkih uređaja koji imaju mogućnost izvođenja logičkih
algoritama, već jednostavniji jeftiniji uređaji koji služe samo za prikupljanje podataka i prosljeđivanje
prema nadređenom SCADA/DMS sustavu.
4.
DECENTRALIZIRANI SUSTAVI AUTOMATIKE
Osnovna razlika u odnosu na centralizirano rješenje ARM sustava, prethodno opisanog, je ta da
se svi proračuni ARM algoritma izvode na razini postrojenja te da se razmjena i tok informacije odvija i
horizontalno, između inteligentnih elektroničkih uređaja po postrojenjima, a ne samo vertikalno kao što je
to prethodno bio slučaj. Slika decentraliziranog rješenja ARM sustava prikazana je na slici 5.
Na prvi pogled je jasno da je najveći problem komunikacijske ovisnosti centralnog rješenja, ovdje
riješen. Decentralizirano rješenje ARM sustava u potpunosti je neovisno o vertikalnoj komunikaciji koja je
često problematična, što je svakako velika prednost decentraliziranog rješenja sustava.
4
Slika 5. Primjer Decentraliziranog ARM sustava
Decentralizirano rješenje ARM sustava također ne ovisi ni o kvaru centralnog SCADA/DMS
sustava, jer se fizički izvođenje ARM algoritma preselilo sa centralnog sustava, na više decentraliziranih
inteligentnih elektroničkih uređaja po pojedinim postrojenjima. Također u slučaju kvara jednog od
inteligentnih elektroničkih uređaja na postrojenju, nužno ne uzrokuje i zaustavljanje i kvar ARM sustava,
što predstavlja dodatnu otpornost i robusnost na kvar decentraliziranog rješenja.
Kao posljedica decentralizacije izvođenja ARM algoritma, javlja se potreba za ugradnjom skupljih
i zahtjevnijih uređaja po postrojenjima, koji moraju imati dodatnu mogućnost za izvođenje logičkih
proračuna, što prije sa centralnim rješenjem nije bio slučaj. Osim toga nužno je osigurati i međusobnu
komunikacijsku povezanost pojedinog postrojenja, kako bi inteligentni elektronički uređaji mogli
međusobno razmjenjivati potrebne podatke za izvođenje ARM algoritma.
Što se tiče održavanja i inženjeringa decentraliziranog rješenja ARM sustava, logično se nameće
da ovakvo rješenje iziskuje više terenskih obilazaka od prethodnog rješenja, ali ne nužno zahvaljujući
ipak komunikacijskoj povezanosti svakog uređaja i sa SCADA/DMS sustavom.
Primjer decentraliziranog sustava implementiran je i pušten u pogon početkom 2013. godine u
Zračnoj Luci Split, te će dalje biti detaljnije opisan.
5.
ARM SUSTAV U ZRAČNOJ LUCI SPLIT
Elektroenergetska infrastruktura Zračne Luke sastoji se od dvije TS 10(20)/0,4 Zračna luka 1 (TS
ZL-1) i 2 (TS ZL-2), te zbog sigurnosti napajanja vlastitih potrošača ima mogućnost napajanja s dvije
strane, iz TS 35/10 kV Kaštela i TS 35/10 kV Divulje. Uz dvostrano napajanje, Zračna luka posjeduje i
vlastite pričuvne generatore. Na slici 6. prikazan je normalni režim rada 10 kV distributivne mreže.
Analizom strukture distributivne mreže, može se zaključiti da se radi o jednostavnoj mreži, prstenastog
karaktera sa jednom normalno otvorenom točkom (TS ZL-1), te kao takva je pogodna za implementaciju
razmatranog algoritma ARM.
SS 35/10 kV DIVULJE
SS 35/10 kV KAŠTELA
SS
DIVULJE 9
(JADRO)
SS
AIRPORT
1
SS
AIRPORT
2
Slika 6. Normalni režim rada 10 kV distributivne mreže
5
U normalnom pogonu navedene dvije stanice napajaju su se iz TS Divulje, a u slučaju ispada
napajanja prebacuju se na TS Kaštela. Trenutni trajni paralelan rad odnosno istovremeno napajanje iz te
dvije točke nije moguće, zbog prevelikih struja kratkog spoja, odnosno kapacitivnih struja u slučaju
zemnog spoja. Trajanje prebacivanja napajanja iz jednu u drugu TS, prije implementacije sustava ARM,
bilo je ograničeno djelovanjem operatera u dispečerskom centru u Trogiru tj. Splitu te ovisilo o
raspoloživosti pogonske službe i mjerila se u nekoliko desetaka minuta.
Da bi se maksimalno smanjilo vrijeme prebacivanja napajanja prioritetnog potrošača kao što je
Zračna Luka, sustav automatizacije je isporučen sa osnovnom zadaćom automatskog izvođenja
rekonfiguracije mreže. Obje TS Zračna Luka 1 i TS Zračna Luka 2 opremljene su sustavom
automatizacije koji se temelji na daljinskoj stanici koja prikuplja procesne podatke na nivou postrojenja.
Obje daljinske stanice razmjenjuju podatke koristeći IEC 61850 komunikacijski standard za razmjenu
podataka o uklopnim stanjima aparata na postrojenju. Komunikacija prema nadređenom Dispečerskom
Centru (DC) Elektrodalmacije Split temelji se na optičkoj infrastrukturi i IEC 60870-5-104
komunikacijskom standardu.
Osnovna funkcija sustava je detekcija nestanka napona i kvara na dovodima iz 35/10 kV TS, te
na spojnom vodu između TS 1 i TS 2 i izvođenje automatske rekonfiguracije što će imati za posljedicu
osiguranje napajanja energetske mreže Zračne Luke. Algoritam također omogućuje i sve nužne
sigurnosne blokade koje su nužne za sigurno izvođenje rekonfiguracije. Vrijeme izvođenja ARM algoritma
unutar je nekoliko sekundi nakon pojave signala nestanka napona ili pojave signala kvara koji
predstavljaju pokretače algoritma.
Projekt ARM predstavlja napredno rješenje koje se može smatrati kao model za rješavanje
pitanja pouzdanosti i sigurnosti napajanja prioritetnih potrošača kao što su bolnice, sudovi, zatvori, zračne
luke itd. Takvo se rješenje može ponuditi svim kupcima koji žele pouzdanije napajanje.
5.1.
Arhitektura ARM sustava
Sustav automatizacije koji izvodi algoritam rekonfiguracije temelji se na daljinskim stanicama koje
su ugrađene na TS Zračna Luka 1 i TS Zračna Luka 2, slika 7.. Obje daljinske stanice imaju mogućnost
izvođenja PLC funkcija prema IEC 61131-3 standardu, te je kroz njih realiziran i algoritam ARM. Izlazi iz
ARM algoritma su komande koje se izdaju na određene aparate i na taj način izvode rekonfiguraciju
mreže. ARM algoritam je implementiran u daljinskoj stanici na TS Zračna Luka 1, te se radi toga ta
daljinska stanica naziva vodeća. Sve operacije rekonfiguracije izvode se u samoj daljinskoj stanici,
lokalno na postrojenju.
Komunikacija između dvaju daljinskih stanica realizirana je koristeći optičku infrastrukturu i IEC
61850 komunikacijski standard. Na ovaj način se između dvaju postrojenja razmjenjuju sve informacije.
Svaka daljinska stanica ima konekciju prema SCADA/DMS sustavu u DC Elektrodalmacije Split. Ova
konekcija je također realizirana optičkom infrastrukturom koristeći IEC 61850 standard. Na ovaj način
dežurni operater distributivne mreže ima kompletan uvid u sve informacije i stanje obje TS što mu
omogućuje i ručno upravljanje aparatima u postrojenju. Da bi se omogućilo i kupcu, Zračna Luka, uvid u
energetsko stanje mreže i stanje ARM algoritma, isporučen je poseban SCADA sustav, PROZANET.
Komunikacija sa daljinskim stanicama izvedena je koristeći optičko RS 485 sučelje i IEC 60870-5-101
standard. Operater Zračne Luke nema nikakva ovlasti niti mogućnosti upravljanja sa postrojenjem, već
mu je omogućen konstantan nadzor oba postrojenja u realnom vremenu.
Sustav omogućuje i lokalno grafičko sučelje prema operateru na nivou postrojenja, kroz grafičke
zaslone koji su ugrađeni u oba razdjelnika na TS Zračna Luka 1 i TS Zračna Luka 2. Grafički zasloni,
osjetljivi na dodir, povezani su sa daljinskim stanicama koristeći serijsko sučelje RS 232 i MODBUS RTU
komunikacijski standard. Grafičko sučelje omogućuje operaterima lokalno uvid u jednopolnu shemu
dotične TS, uklopna stanja, liste alarma, tablicu ARM podataka, mjerenja i lokalno omogućuju odabir
režima rada ARM sustava.
6
Slika 7. Arhitektura ARM sustava
Jedan od osnovnih dijelova sustava čine i detektori kvara koji su ugrađeni u svaki dovod sa 35 kV
TS i na spojni vod između TS 1 i TS 2. Detektori kvara povezani su sa daljinskom stanicom koristeći
serijsko sučelje RS232 i koristeći MODBUS RTU standard, te na taj način šalju ARM algoritmu podatke o
pojavi zemnog spoja i kratkog spoja. Informacije o kvaru, prikupljene koristeći detektor kvara, služe i kao
pokretači algoritma. Na temelju kombinacije prorade 4 detektora, algoritam automatski detektira i lokaciju
kvara.
Sva ugrađena oprema na obje TS napaja se UPS sustavom autonomije 30 min. Duža autonomija
nije bila nužna jer se u slučaju ispada napajanja automatski svi potrošači napajaju preko rezervnih
agregata.
5.2.
Funkcija i struktura ARM algoritma
Kako bi se zadovoljili svi zahtjevi krajnjeg korisnika, Zračne Luke Split, novi sustav automatike je
isporučen i implementiran na postrojenjima TS Zračna Luka 1 i TS Zračna Luka 2. Osim osnovnih
funkcija prikupljanja podataka i mogućnosti upravljanja, sustav je morao podržavati i izvođenje algoritma
ARM. Da bi se moglo ostvariti izvođenje algoritma, nužno je bilo isporučiti takav sustav koji podržava
izradu PLC logičkih funkcija zasnovanih na IEC 61131 standardu. Koristeći IEC 61131 standard, prema
[2] sam algoritam ARM je realiziran koristeći funkcijske blokove (FBD, engl. Functional Block Diagram) te
strukturirani tekst (ST, engl. Structured Text).
ARM algoritam, [2], sastoji se od slijedećih funkcijskih blokova (struktura):

Blok proračuna uklopnog stanja mreže,

Blok za provjeru početnih uvjeta,

Blok sigurnosnih blokada,

Blok sekvence rekonfiguracije.
7
ARM algoritam se izvodi ciklički svakih 100 ms. Početak sekvence rekonfiguracije vremenski je
zategnuta za 1s, a razlog tome je podešenje automatskog ponovnog uklopa u prijenosnoj mreži koji je u
trajanju od 0,4 – 0,8s.
Osnovna funkcija Bloka proračuna uklopnog stanja mreže je da ciklički izračunava stanje aparata
na postrojenjima Zračne Luke. Ulazni podaci za blok su signalizacija uklopnih stanja dvaju dovoda sa 35
kV TS Divulje i TS Kaštela, te signalizacija uklopnog stanja konekcijskog voda između dviju TS Zračna
Luka 1 i TS Zračna Luka 2. Uzimajući u obzir moguća uklopna stanja na navedenim vodovima, definira se
5 uklopnih stanja unutar ARM algoritma. Proračun uklopnog stanja mreže nužno je kako bi se ovisno o
uklopnom stanju mreže izvodile različite sklopne operacije prilikom automatske rekonfiguracije, te da bi
se provjerilo da li se sustav nalazi u jednom od 5 predefiniranih stanja koja su početna stanja ARM
algoritma.
Nakon što se mreža Zračne Luke nalazi u jednom od 5 predefiniranih stanja, nužno je provjeriti
da li su zadovoljeni svi početni uvjeti. Početni uvjeti uzimaju u obzir stanje opreme ARM sustava i
situaciju, tj. uvjete same energetske mreže. Prvi uvjet, stanje opreme, nužan je kako bi se utvrdilo da li je
sva oprema funkcionalna i spremna za rad, dok se drugi uvjet, stanje energetske mreže, odnosi na na
provjeru da ne postoji nikakav kvar na jednom od vodova nužnih za rekonfiguraciju, da li postoji napon na
dovodima iz 35 kV TS koje napajaju mrežu Zračne Luke.
Sigurnosne blokade omogućuju blokadu pokretanja automatske rekonfiguracije u slučaju da
jedan od predefiniranih uvjeta nije zadovoljen, tj. ako postoji bar jedna blokada. Sigurnosne blokade se
odnose na slučaj ako je bar jedan od aparata uzemljen ili ako je jedna od preklopki odabira mjesta
upravljanja (Lokalno/Daljinski) u položaju Lokalno.
Nakon provjere svih početnih uvjeta i provjere nepostojanja sigurnosnih blokada, te ako se
energetska mreža Zračne Luke nalazi u jednom od 5 predefiniranih stanja, algoritam ARM je tada
spreman. Spreman ARM algoritam znači da će se izvršiti automatska rekonfiguracija mreže ukoliko se
pojavi jedan od pokretača algoritma.
Pokretači ARM algoritma su:

Gubitak napona ja jednom od dovoda sa TS Divulje i TS Kaštela,

Indikacija kvara na jednom od dovoda sa TS Divulje i TS Kaštela,

Indikacija kvara na spojnom vodu između TS Zračna Luka 1 i TS Zračna Luka 2.
Ukoliko se pojavi jedan od pokretača algoritam automatski izračunava nužne komande ovisno o
početnom uklopnom stanju mreže, što rezultira izvođenjem automatske rekonfiguracije mreže. Nakon što
se rekonfiguracija izvrši (uspješna ili neuspješna) sustav generira i indikaciju prema nadređenim
sustavima, SCADA/DMS sustavu.
Osnovne funkcije ARM algoritma, definirane u [4], su automatska rekonfiguracije mreže u slučaju
nestanka napajanja, te detekcija kvara, lokalizacija i izolacija kvarnog dijela mreže. Na obje TS Zračne
Luke ugrađeni su detektori napona na dovode sa 35 kV TS Divulje i TS Kaštela (označeni IN na slici 8.),
te detektori kvara (označeni IK na slici 8.) Slika 8. prikazuje lokaciju i tip ugrađenih senzora koji su nužni
za detektiranje pokretača algoritma.
Slika 8. Lokacija i tip ugrađenih senzora
Osnovni koraci i principi rada ARM algoritma detaljno su opisani u radu [3] te prikazuju različite
varijante rekonfiguracije koja se izvodi automatski.
8
5.3.
Utjecaj ARM sustava na pouzdanost napajanja Zračne Luke
Kao posljedica obaveze operatora distributivnog sustav da zapisuje i pohranjuje sve ispade duže
od 3 minute, HEP ODS je prije implementacije ARM sustava zabilježio ukupno 36 ispada koji su u
prosjeku trajali duže od 100 minuta u zadnjih nekoliko godina. Ukupni podaci za period zadnjih 6 godina
(2006.-2011.) dana je u tablici I.
Tablica I. Ispadi na TS Zračna Luka 1 i TS Zračna Luka 2
Tip ispada
Br. Ispada
Trajanje (min)
Uzrok
Planirani
1
8
Otklon kvara
Planirani
2
200
Održavanje
Planirani
4
1248
Izgradnja mreže
Ne planirani
8
358
Zagušenje mreže
Ne planirani
21
1854
Kvar
UKUPNO
36
3778
Godišnje (6g)
6
611
Planiranih ispada bilo je 7 sa prosječnim trajanjem 208 minuta. Ne planiranih ispada bilo je 29
(5/g) u trajanju prosječno 76 minuta. Većina je trajala duže od 30 minuta. Ove vrijednosti moguće je
prezentirati kao pokazatelje pouzdanosti sustava SAIFI i SAIDI. Kratki ispadi (kraći od 3 minute) ne
bilježe se i za njih ne postoje podaci. Planirani ispadi najčešće su uzrok održavanja ili rekonstrukcije,
izgradnje mreže. Sve operacije izvode se ručno od strane lokalnih operatera u Trogiru u koordinaciji sa
dispečerom u Splitu.
Rekonstrukcija TS Zračna Luka 1 i TS Zračna Luka 2 sastojala se i od isporuke i ugradnje nove
primarne opreme, distributivnih vakumskih sklopnih blokova sa mogućnošću upravljanja, što je bio
preduvjet za implementaciju sustava automatike. Nakon rekonstrukcije puno je lakše izvođenje planiranih
isključenja, a u slučaju neplaniranih ispada pouzdanost sustava je povećana radi implementiranog
sustava ARM koji automatski izvršava preklapanje na alternativni izvor napajanja. U slučaju pojave kvara
na pojedinom vodu, ARM sustav automatski izolira kvarni dio mreže uz automatsko prebacivanje
napajanja zdravog dijela mreže na alternativni izvor.
Uzimajući u obzir moderne vakumske sklopne blokove i duljinu voda između dvaju TS,
mogućnost pojave kvara iznimno je mala. U slučaju da bi se kvar ipak pojavio, ARM sustav dodatno će
smanjiti vrijeme bez napona koje se kreće u razini sekunda te se takvi ispadi automatski neće bilježiti od
strane operatora distributivnog sustava u DISPO sustavu.
Matrica sklopnih operacija dana je na slici 9., gdje se za svako stanje mreže (definirano u ARM
algoritmu) daje pregled uzroka rekonfiguracije (pokretač), detekcija kvara i lokalizacija, te sklopne
operacije izvršene algoritmom, te kao rezultat trajanje same sekvence rekonfiguracije (trajanje ARM
algoritma, beznaponskog stanja)
Slika 9. Matrica sklopnih operacija ARM algoritma
9
Iz matrice sklopnih operacija moguće je vidjeti da se trajanje ispada u većini slučajeva ograničio
na manje od 9s. Najkraća sekvenca je 1.5s, dok najduža traje 8.5s. Velika razlika u trajanju sekvenci
proizlazi kao rezultat implementiranog vremenskog zatezanja radi automatskog ponovnog uklapanja u
prijenosnoj mreži (1s) i kao vremensko zatezanje koje je nužno radi fizičkog ograničenja primarne opreme
(5s navijanje opruge na TS Zračna Luka 2). Trajanje sekvence također ovisi i o broju sklopnih operacija
(ovisi o pokretaču i početnom uklopnom stanju mreže).
U svakom slučaju vidljivo je da će ARM sustav značajno smanjiti vrijeme ispada, pogotovo
uzimajući u obzir da se kraći ispadi od 3 minute uopće neće zabilježiti od strane operatera distributivnog
sustava. Očekuje se da će se većina ispada riješiti automatskom rekonfiguracijom, što će imati za
posljedicu ograničenje beznaponskog stanja uzrokovanog ispadom ili kvarom na prosječno 3-4 sekunde.
6.
ZAKLJUČAK
Rad je dao kratku usporedbu dvaju koncepta arhitekture ARM sustava koji je temelj samoodrživih
distributivnih mreža. Centralizirani koncept ARM sustava predstavlja jeftiniju i jednostavniju varijantu, čiji
najveći nedostatak predstavlja veliku ovisnost izvođenja ARM algoritma o vertikalnoj komunikaciji između
pojedinih postrojenja i DC-a. Iskustvo je pokazalo da je upravo u havarijskim situacijama, kada je nužno
da ARM sustav uspješno odradi svoju zadaću, upitne komunikacijske sposobnosti sustava te je ovakva
velika ovisnost upravo presudna i predstavlja veliki nedostatak ovakvog rješenja. Osim toga također je
neprihvatljivo da svi ARM sustavi ovise o kvaru jednog centralnog uređaja, te će kvar SCADA/DMS
sustava uzrokovati i kvar ARM sustava.
Decentralizirani sustavi neovisni su o vertikalnoj komunikacijskoj infrastrukturi, te su neovisni i o
kvaru jednog centralnog uređaja, ali na drugu stranu zahtijevaju skuplje i složenije uređaje po
postrojenjima, te zahtijevaju implementaciju pouzdane komunikacijske veze između postrojenja. Ovakvo
rješenje predstavlja robusnije rješenje, te je upravo zato i prvo implementirano kroz pilot projekt
implementacije ARM sustava u Zračnoj Luci Split.
Kao daljnji istraživački rad svakako je analizirati troškove implementacije oba sustava, te pokušati
implementirati centralno rješenje ARM sustava nad kojim bi se izvela daljnja istraživanja.
Rezultati jednogodišnje eksploatacije isporučenog ARM sustava u Zračnoj Luci opravdalo je sve
nedoumice oko pouzdanosti i sigurnosti takvog sustava, a pogotovo troškove investitora i krajnjeg
korisnika koji zahvaljujući pilot projektu uživaju sve prednosti napredne samoodržive mreže.
7.
LITERATURA
[1]
B. Brestovec, S. Jurešić, Ž. Beljan, Distribuirani Sustav Daljinskog Vođenja u Rafineriji Rijeka, 11.
SAVJETOVANJE BH K CIGRE, 2013
[2]
Standard IEC 6113-3 ed3.0 Programmable controllers - Part 3: Programming languages, IEC, 2013
[3]
Z. Jadrijev, B. Brestovec, B. Njavro, Automatic network reconfiguration – Split Airport (Croatia),
22nd International Conference on Electricity Distribution, CIRED, 2013
[4]
B. Brestovec, B. Njavro, Z. Jadrijev, Automatic network reconfiguration in Split Airport (Croatia), 8.
Savjetovanje MAKO CIGRE, 2013
10

Download Report