HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ 10. savjetovanje HRO CIGRÉ Cavtat, 6. – 10. studenoga 2011. B5-19 Goran Leci, dipl.ing. KONČAR - KET, Zagreb goran.leci@koncar-ket.hr Anton Petrovski, dipl.ing. MEPSO, Skoplje antonp@mepso.com.mk Mia Buralieva, dipl.ing. MEPSO, Skoplje miaburalieva@mepso.com.mk miaburalieva Lenče Naumova-Malčeska, dipl.ing. MEPSO, Skoplje lenchen@mepso.com.mk TS 220/110/35 kV SKOPLJE 1 - UPRAVLJAČKO ZAŠTITNI TERMINALI I PROTOKOL IEC 61850 - TEHNIČKO RJEŠENJE SEKUNDARNOG SUSTAVA SAŽETAK U članku će biti opisan prijedlog tehničkog rješenja sekundarnog sustava upravljanja i zaštite u rekonstrukciji devetnaest 110kV polja u transformatorskoj stanici TS 220/110/35 kV Skoplje 1, zasnovan na posljednjoj generaciji upravljačko zaštitnih terminala UR serije povezanih u Ethernet mrežu pomoću standardnog komunikacijskog protokola IEC 61850. Također će biti opisana i migracija postojećeg sustava daljinskog vođenja na novi sustav te detaljno opisana koncepcija rješenja. Prednost standardnog protokola na razini trafostanice u odnosu na postojeća dosadašnja rješenja je međusobna povezivost i proširivost sustava s proizvodima drugih proizvođača. Osnovu sekundarnog sustava trafostanice čine numeričke jedinice serije UR koje trajnom komunikacijom održavaju funkcionalnu vezu međusobno kao i sa staničnim računalima na razini trafostanice. Opisuje se procedura kojom se uređaji upravljanja i zaštite te signalizacije dovode u funkcionalno stanje, u skladu sa namjenom za koju su predviđeni. Sama procedura podrazumijeva različite vrste programiranja i konfiguriranja, korištenje specifičnih programskih alata i vještina. Kao i drugdje, i u konkretnom sekundarnom postrojenju se pojavljuju uređaji koji ne pripadaju istoj generaciji karakterističnoj za najveći broj uređaja. Opisuje se izvedba informacijske sabirnice i način priključenja pojedinih uređaja, te se daju osnovni tehnički podaci informacijske sabirnice, i naznačuju mogući problemi koji bi se mogli pojaviti tijekom funkcionalnih ispitivanja kao i načini rješavanja istih. Kako se u postrojenju nalaze uređaji koji u svom osnovnom tehnološkom rješenju nisu IEC61850 kompatibilni, razmatraju se i načini prilagođenja uređaja različitih generacija protokola IEC61850, koji je temeljni protokol primijenjen u informacijskom sustavu trafostanice. Opisuje se primijenjeni SCADA sustav, prednosti primjene takvog sustava, usklađenost sa normom IEC61850, proširivost, nadogradivost, složenost, utjecajni parametri uočeni tijekom izrade rješenja. Daju se osnovne informacije o obuhvatu podataka iz procesa, količini signala stanja i alarma, mjerenja, o odabranoj metodi osvježavanja mjernih podataka. Prikazuje se i rješenje izvedbe vremenske sinkronizacije sustava te općenito princip funkcioniranja sistema u cjelini. Ključne riječi: tehničko rješenje, IEC61850, trafostanica, upravljanje i zaštita SS 220/110/35 kV SKOPJE 1 – CONTROL AND PROTECTION TERMINALS AND PROTOCOL IEC 61850 – SECONDARY SYSTEM TECHNICAL SOLUTION SUMMARY This article will describe technical solution proposal for control and protection secondary system arrangement in reconstruction of nineteen bays in SS 220/110/35kV Skopje 1, based on the latest generation of control and protection terminals UR seria connected in Ethernet network via IEC 61850 communication standard. Migration of existing remote control system to new control system and description of solution in details will be described as well. Advantages of standardized protocol in comparison to existing nowadays solutions on substation level are interoperability and possibility for control system extension with IEDs of different vendors. Basis of secondary system in substation is achieved by IEDs UR seria. IEDs with constant communication exchange GOOSE messages for interlocking purposes and buffered report control blocks to SCADA servers on substation level. Procedure for preparing control and protection IEDs and signalization will be described as well. Procedure itself takes into account different kind of programming and configuration, using of specialized software tools and skills. Like elsewhere, and in this secondary system, different kind of numerical relays are showing up, which are not in same generation like majority. Furthermore, in the article solution of information bus and way of connection particular IEDs, basic technical data and possible issues which might come up during implementation and commissioning and of course and solution as well will be described. On substation level will be described and numerical relays which are not IEC 61850 compatible. It will be described and way of adjusting mentioned relays and connection to information bus of substation. Substation control system, advantages, compatibility to standard IEC 61850, expandability, extension, complexity and seen parameters during engineering of solution will be described. Furthermore, basic information of data collection from process, numbers of signals and alarms, measurements and chosen method for refreshment of analogue signals will be given. Technical solution for time synchronization inside substation and principle of functioning system in general are described as well. Key words: technical solution, IEC61850, substation, control and protection 1. UVOD Pri odabiru tehničkog rješenja sekundarnog sustava kod rekonstrukcije trafostanice 220/110/35 kV Skoplje 1 nastojala su se slijediti pozitivna iskustva iz prethodnih projekata uz nužno uvažavanje činjenica o aktualnoj normizaciji komunikacijskog protokola između uređaja na razini trafostanice. Odluka o primjeni terminala zaštite i upravljanja koji podržavaju novi normirani komunikacijski protokol IEC618508-1 bila je logična s obzirom na predvidivo vrijeme realizacije projekta kao i na tržišnu raspoloživost proizvoda traženih karakteristika. Tehničko rješenje podsustava relejne zaštite 110 kV postrojenja sukladno je ostalim rješenjima sekundarnog sustava. Opremljenost funkcijama uređaja zaštite je takva da pruža mogućnost konfiguriranja i drugačijih zaštitnih shema u odnosu na dosadašnja rješenja u postrojenjima dotičnog prijenosnog područja. Blizina i dobra povezanost sa jakim izvorima električne energije te lokacija u visoko urbaniziranom dijelu grada implicirali su upotrebu zaštitnih shema koje između ostalog podrazumijevaju udvostručenje zaštitnih funkcija glavne zaštite i pričuvne zaštite vodova te zaštitu sabirnica 110 kV postrojenja. 2. IZVEDBA SEKUNDARNOG SUSTAVA Tehničko rješenje sekundarnog sustava TS Skoplje 1 podrazumijeva upotrebu uređaja serije UR te drugih uređaja koji će za spoj na informacijski sustav trafostanice odnosno Ethernet mrežu biti povezani korištenjem sučelja koje podržava protokol IEC 61850. Ključni zahtjev spram inteligentnih numeričkih uređaja i preklopnika je da moraju obavljati svoje funkcije i pod utjecajem elektromagnetskih smetnji koje postoje unutar trafostanica kao što su prorada prekidača i prekidanje induktivnih struja, grmljavina, elektrostatičkih izbijanja od strane operativnog osoblja, uporaba uređaja s radio frekvencijom te podizanja potencijala uslijed kvarova s visokim vrijednostima struja. Projektanti često samu montažu preklopnika predvide u istom ormaru skupa s numeričkim uređajima za zaštitu. Samim time, preklopnici moraju biti ojačani za takve specifične uvjete rada kao što su i sami numerički uređaji za zaštitu. Sama potreba ojačanosti spram uvjeta okoliša postaje vrlo važna kada pričamo o GOOSE porukama bilo za potrebe blokada upravljanja ili za potrebe shema zaštita; jedna izgubljena poruka može dovesti do uspjeha ili neuspjeha pouzdanog rada postrojenja. Sustav upravljanja i zaštite predstavljaju kritične aplikacije u samom radu te sama mreža mora uvijek biti raspoloživa, brza i pouzdana. Raspoloživost mreže je potrebna za potrebe sustava upravljanja i zaštite u cilju garancije stabilne i otporne na prekide komunikacije unutar mreže. Postizanje navedenog zahtjeva više od jednog raspoloživog puta dostave informacije od izvora do odredišta. Uz uporabu protokola za redundanciju kao što je RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) postižemo brzo formiranje logičke mreže te na taj način izbjegavamo da informacije putuju putem koji je u prekidu, nego onim koji je spreman za prijenos informacija. RSTP omogućava postizanje vremena oporavka u rasponu od nekoliko milisekundi te se na taj način osigurava siguran i pouzdan rad mreže te sustava u cjelini. Na slici 1 prikazana je predvidiva struktura sekundarnog sustava: Slika 1: Rješenje sekundarnog sustava TS Skoplje 1 Kao što je iz slike vidljivo, po svakoj kućici u 110 kV postrojenju nalazit će se i oprema sa optičkim Ethernet preklopnicima na koje će se svojim IEC 61850 informacijskim sučeljem i staklenim optičkim kabelima spajati uređaji: - terminal upravljanja C60, terminal zaštite D60 i F60 te RED670. Osim optičkih preklopnika direktno pridijeljenih pojedinim poljima po kućicama, na posebni preklopnik u zgradi komande se spaja i terminal upravljanja za opće signale te računala sa instaliranom Proza Net SCADA-om u redundantnoj izvedbi. Odabrani optički preklopnici su prikladni za upotrebu u elektroenergetskim postrojenjima. Odabir više modularnih preklopnika proizlazi iz zahtjeva za pouzdanom komunikacijom sa najvećim mogućim brojem uređaja u slučaju neraspoloživosti jednog ili više preklopnika. Između preklopnika će postojati veze optičkim kabelima koje osiguravaju redundantni put u slučaju ispada jednog preklopnika. Ethernet mreža će raditi u prstenastoj strukturi te u slučaju kvara nekog od preklopnika, automatski se uspostavlja komunikacija po raspoloživom obilaznom putu. Sve blokade između sklopnih aparata su programske te postojeće žičane i izvode se distribuirano uz ostvarivanje neophodnih veza između polja komunikacijom na horizontalnoj razini odašiljanjem i prihvaćanjem GOOSE poruka. GOOSE poruke se konfiguriraju na temelju SCD datoteke dobivene eksportiranjem kompletne strukture trafostanice iz programskog alata EnerVista. Za obradu dobivene SCD datoteke koristi se program od istog proizvođača kao što su i uređaji, no s obzirom da je SCD datoteka rezultat dobiven na standardom IEC 61850 opisani način, i program bilo kojeg drugog proizvođača bi mogao zadovoljiti potrebe inženjeringa. Dakle, svaki inteligentni numerički uređaj ima mrežni priključak te se koristi kako za potrebe vertikalne komunikacije prema SCADA-i tako i za potrebe horizontalne komunikacije odnosno blokada za potrebe upravljanja i zaštite na cjelokupnom postrojenju. Zaštita sabirnica REB103 nije opremljena sučeljem sa IEC 61850 komunikacijskim protokolom za staničnu razinu i kao takva se kontaktno spaja na terminal upravljanja te putem Ethernet mreže dolaze informacije do nadređenog sustava upravljanja, odnosno SCADA-e. 3. PRISTUP RELEJIMA ZAŠTITE SA UDALJENE LOKACIJE Za potrebe pristupa uređajima zaštite sa udaljene lokacije (dohvat zapisa poremećaja, nadzor i preudešenje zaštite) se predviđa rješenje ostvarivanjem zasebne optičke sabirnice na koju se priključuju uređaji zaštite svojim drugim sučeljem putem zasebnog preklopnika smještenim u ormarima zaštite po kućicama, kao i za potrebe SCADA-e. Ova sabirnica završava sa vezom na preklopnik/usmjernik te se na taj način osigurava siguran pristup iz Ethernet mreže MEPSO-a. Računalo za potrebe SMS mora biti opremljeno programskim alatom EnerVista. Slika 2: Rješenje sekundarnog sustava TS Skoplje 1 4. RJEŠENJA RELEJNE ZAŠTITE Osnovna zaštita vodnih polja 110 kV postrojenja su standardne funkcije ovisne o namjeni pojedinog objekta. Specifičnost je u ostvarivanju pričuvne zaštite izvan osnovnog uređaja, koja je predviđena kao dodatna opcija u nadstrujnim relejima. Svi nadstrujni releji će biti opremljeni istim standardnim funkcijama kao i glavna zaštita s iznimkom distantne zaštite te komunikacijske kartice za direktnu vezu sa drugim krajem voda bez upotrebe multipleksera. Kao standardno rješenje važno je napomenuti da će svi releji biti riješeni sa istim sklopovljem, razlika je samo u setu funkcija predviđenih za pojedini relej. Osim zaštitnih releja i upravljački releji su riješeni na isti način te su potpuno kompatibilni te se kartice predviđene za binarne ulaze i izlaze mogu lako i jednostavno sa prednje strane releja po potrebi mijenjati bez potrebe za odspajanjem ožičenja sa stražnje strane releja. Kako bi se spriječili problemi zbog eventualno predugog trajanje kvara na sabirnicama u postrojenju smještenom u urbanom dijelu grada (blizina jakih izvora, iznošenje potencijala, napon na uzemljivaču...) postrojenje 110 kV će biti opremljeno i diferencijalnom zaštitom sabirnica REB103. Predviđene su i funkcionalne veze potrebne za korektan rad krugova isključenja i uključenja, otkaz prekidača i slično. Da bi se mogao izvesti inženjering sekundarnog sustava potrebni su odgovarajući programski alati. Pošto UR serija uređaja do sada nije korištena u postrojenjima MEPSO-a, svi programski alati za rad sa istima su praktički novi za korisnika i izvoditelja radova. Za inženjering uređaja zaštite i upravljanja UR serije koristi se EnerVista programski paket. Ovime se može napraviti osnovna konfiguracija i podešenje uređaja te eksportirati datoteka (sa ekstenzijom *.cid – Configured IED Description) koja sadržava neophodne podatke za daljnji inženjering postrojenja. Eksportiranjem podataka o cijelom postrojenju generira se XML datoteka sa ekstenzijom *.scd (Substation Configuration Description). Dobivena baza se može obrađivati odgovarajućim programom bilo kojeg proizvođača, pošto je sadržaj istog potpuno usklađen sa zahtjevima norme IEC61850. Nadalje navedenim programom se radi inženjering vertikalne komunikacije za potrebe SCADA-e. 5. SCADA PROZA NET U predmetnoj trafostanici će biti implementirana zadnja inačica SCADA-e Proze Net, proizvodnje stručnjaka iz Končar-KET-a. Serveri su spojeni na upravljačke numeričke uređaje putem optičke petlje i komuniciraju putem novog standarda IEC 61850. Osim komunikacije na samoj stanici, postoji i komunikacija prema nadređenom centru putem protokola IEC 60870-5-101 i IEC 60870-5-104, te prema susjednoj trafostanici TS Skopje 5 (Slika 3). Slika 3. Izgled modernog sučelja Proza Net Proza Net je višekorisnički sustav za nadzor i upravljanje radom elektroenergetskog sustava. Omogućava nadzor i upravljanje u stvarnom vremenu te napredne funkcije (EMS, DMS, GMS) za analizu stanja elektroenergetskog sustava u stvarnom vremenu ili u studijskom načinu rada. Osim elektroenergetskih sustava Proza Net je moguće primijeniti i za nadzor i upravljanje procesima u ostalim granama industrije. Sustav se odlikuje visokim performansama, modularnom arhitekturom te podržava visoki stupanj integracije s vanjskim sustavima. Osnovne prednosti sustava Proza Net su visoka pouzdanost i performanse te fleksibilnost i skalabilnost. Proza Net je sustav koji se može koristiti za različite razine nadzora i upravljanja od staničnog računala pa do velikih upravljačkih centara. Proza Net omogućava sve SCADA funkcije kao što su obrada i prikazivanje podataka, upravljanje i sekvencijalno upravljanje, kontrola i prebacivanje nadležnosti upravljanja, sigurnosne blokade, izračuni, dinamičko bojanje mreže, prikaz lista i trendova itd. Grafičko korisničko sučelje temeljeno na najsuvremenijim tehnologijama omogućava intuitivan pristup i fleksibilan rad operatera. Podržan je velik broj protokola za komunikaciju prema uređajima u objektima: • IEC 61850 • IEC 60870-5-104 • IEC 60870-5-103 • IEC 60870-5-101 • MODBUS • MODBUS TCP/IP • LON • DNP3 Komunikacija prema nadređenim i ostalim centrima podržana je preko protokola: • • • IEC 60870-5-104 IEC 60870-5-101 IEC 60870-6 TASE.2 / ICCP Funkcionalno bogati i intuitivni inženjering alati omogućuju jednostavniji inženjering sustava. Posebno se ističu alati za kreiranje ekranskih prikaza. Na temelju izrađenih slika automatski se generira baza podataka te se na taj način minimiziraju potencijalne pogreške. Proza Net sustav je izrađen primjenom najsuvremenijih računalnih tehnologija prema arhitekturi klijent-poslužitelj (Slika 4). Slika 4. Blok shema osnovnih programskih modula Sustav se temelji se objektno orijentiranim i komponentnim tehnologijama koje omogućavaju veliku fleksibilnost u primjeni i jednostavnije održavanje. Modularna struktura sustava omogućava prilagođavanje, proširivanje i implementaciju novih funkcija sustava. Povijesni podaci pohranjuju se u relacijskoj bazi podataka. Omogućeno je arhiviranje prema različitim kriterijima kao i arhiviranje izračunatih vrijednosti. Pristup povijesnim podacima omogućen je kroz SCADA klijentske aplikacije i preko web sučelja. Osim navedenog, Proza Net omogućava i udaljeni pristup primjenom web tehnologija. Na taj način omogućen je pristup podacima preko intraneta i interneta uz zadovoljavanje svih sigurnosnih zahtjeva. 6. ZAKLJUČAK Automatizacija trafostanice uzimajući u obzir standard IEC 61850 zasnovan na zadnjim izdancima tehnologije nudi mnoge dobrobiti krajnjem korisniku. Značajna dobrobit je snižavanje troškova održavanja trafostanice za vrijeme eksploatacije. Odabir uređaja i sekundarnog sustava koji za potrebe međusobne komunikacije koristi standardizirani stanični protokol IEC61850 čini se logičnim u slučaju TS Skoplje 1, s obzirom na trenutno stanje na tržištu uređaja i programske podrške sa takvim mogućnostima. Standardizacijom staničnog komunikacijskog protokola rješavaju se dosadašnji problemi primjene opreme različitih proizvođača u okviru istog sekundarnog sustava postrojenja. Kako standard IEC61850 može biti različito tumačen od strane pojedinih proizvođača opreme što implicira otvorenost sustava jednog proizvođača prema drugima, još uvijek treba voditi računa o tome kojim programskim paketima će biti moguć inženjering sustava različitih proizvođača. U pripremno-edukacijskoj fazi projekta moguće je doći do neophodnih informacija koje će spriječiti kasnije probleme. Vertikalna komunikacije prema SCADA-i je ostvarena s upravljačkim i zaštitnim numeričkim uređajima uz pomoć komunikacijske petlje u cilju osiguranja pouzdanog i sigurnog pogona te s ciljem što manje potrebe za održavanjem kako bi se snizili troškovi održavanja u što većoj mjeri. Osim navedenog, bitno je istaknuti postojanje i dodatnog upravljačkog mjesta na ormaru. Upravljanje poljem u lokalu se obavlja izravno s upravljačke jedinice putem sučelja i raspoloživih tipki na samom inteligentnom numeričkom uređaju ili putem dodatnog upravljačkog mjesta uz izbor programskih ili žičanih blokada. Osim predmetne stanice, po istom principu i sa istom opremom, su u planu realizacije ove godine i narednih godina još četiri rekonstrukcije trafostanica u Albaniji (Fier, VauDejes, Fierza i Komen) te nekoliko u Kosovu (Priština 2, Priština 3, Klene, Istog i Prizren 2).