1

Goran Leci Sahit Halimi Končar – Inženjering za energetiku i transport KOSTT-Operator Sistemi, Transmisioni goran.leci@koncar-ket.hr dhe Tregu sh.a sahit.halimi@kostt.com Maciej Goraj RuggedCom Inc. maciejgoraj@ruggedcom.com

IMPLEMENTACIJA MODERNIH RJEŠENJA U REKONSTRUKCIJI TS 110/35 kV PRIŠTINA 1

SAŽETAK

U članku će biti opisana iskustva primijenjenog tehničkog rješenja sekundarnog sustava upravljanja i zaštite u rekonstruiranoj transformatorskoj stanici TS 110/35 kV Priština 1 na Kosovu, bazirana na najnovijoj generaciji upravljačko - zaštitnih inteligentnih numeričkih uređaja UR i UR Plus serije. Nadalje, rješenja i iskustva s različitim proizvođačima sekundarne opreme gdje je korištena redundantna vertikalna i horizontalna komunikacija u skladu s IEC 61850 standardom. Također će biti opisana i implementacija nove SCADA-e PROZA NET, prednosti, proširivost i poboljšanja u odnosu na prošlu inačicu kao i primijenjena rješenja kod prilagodbe postrojenja za suvremene centre vođenja. Daju se osnovne informacije o obuhvatu podataka iz procesa, količini signala stanja, alarma i mjerenja. Opisuje se izvedba informacijske sabirnice kao redundantne Ethernet mreže po mediju i po IP adresi te način priključenja pojedinih uređaja, te se daju osnovni tehnički podaci informacijske sabirnice, i naznačuju problemi koji su se pojavljivali tijekom funkcionalnih ispitivanja kao i način rješavanja istih. Osnovu sekundarnog sustava predmetne trafostanice čine inteligentne numeričke jedinice koje trajnom komunikacijom održavaju funkcionalnu vezu međusobno posredstvom GOOSE poruka, kao i sa staničnim računalima na razini trafostanice posredstvom izvještaja koji se osvježavaju definiranom dinamikom. Za potrebe međusobnih blokada sklopnih aparata koriste se GOOSE poruke umjesto standardnog rješenja sa žičanim blokadama. Sama procedura izrade blokada podrazumijeva različite vrste programiranja i konfiguriranja, korištenje jednog univerzalnog programskog alata. Osim ne korištenja žičanih blokada, ne koristi se ni zahtjevan rezervni upravljački panel kao i alarmno dojavna jedinica, nego se upravljanje aparatima i očitanje informacija izvršava putem sučelja na inteligentnoj numeričkoj jedinici na razini polja. Prednost primjene standarda na razini trafostanice u odnosu na postojeća dosadašnja rješenja je međusobna povezivost i proširivost sustava s proizvodima drugih proizvođača. Bit će sažeto opisan i pregled programskih alata koji se koriste za parametriranje terminala serije UR i UR plus te izgradnju i parametriranje novog SCADA sustava PROZA NET.

Ključne riječi: implementacija, IEC61850, upravljanje i zaštita, iskustva

MODERN SOULTIONS IMPLEMENTATION IN RECONSTRUCTION OF SS 110/35kV PRISHTINA 1

SUMMARY This article will describes in detail operational experiences of implemented solution for control and

protection secondary system arrangement in the reconstructed SS 110/35 kV Pristine 1 in Kosovo, based on the newest generation of control and protection IEDs UR and UR Plus series. Furthermore, solutions and experiences with different producers of secondary equipment where is used redundant vertical and horizontal communication in accordance with standard IEC 61850. Implementation of the new SCADA

9. simpozij vođenja sustava EES-a Zadar, 8. - 10. studenoga 2010.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ

2

PROZA NET, advantages, expendability and improvements according to previous version and applied solution for modern control system will be described as well. Basic information about collecting data process, amounts of data, alarms and measurements will be presented. Redundant Ethernet via double fiber optic media and via double IP addresses and IEDs made connections, basic technical data about Ethernet, and revealed problems and its solution during factory acceptance and site acceptance test are shown and described as well. The basic of implemented secondary system of presented substation is made by control IEDs with realized continuous inter IED communication with help by GOOSE messages, in the same time and with substation control system servers on station level via defined dynamic report control blocks. For control apparatus interlocking needs among bays, GOOSE messages are used, instead of classical way of interlocking via wires. Procedure of making interlocking requires use of different kinds of programming skills, using one universal tool. Besides not using any more classical interlocking among bays, back up panel and alarm annunciation unit are not used as well, control of apparatus and information readings are done now with interface on IED on the bay level. The advantage of the applied communication standard comparing to prior designs is in the connectivity and extending possibilities with third parties devices. Short overview of programming tools, needed for programming of the UR and UR plus IEDs and for SCADA system PROZA NET will be described.

Key words: implementation, IEC61850, control and protection, operational experiences

1. UVOD

KOSTT u bližoj budućnosti planira rekonstrukciju nekoliko važnijih trafostanica koje u tehničkom smislu vrlo brzo neće zadovoljiti sigurnost pogona zbog dotrajalosti opreme tako i upravljanja i zaštite. Trafostanica Priština 1 je jedna od takvih trafostanica, u kojoj je KOSTT planirao i realizirao kompletnu zamjenu starih elektromehaničkih uređaja LZ3 – 10 BBC s novim inteligentnim numeričkim uređajima u visokonaponskim poljima. Trafostanica Priština 1 je jedna od najstarijih na području Kosova, izgrađena 1959. godine s ukupno četiri vodna polja. Po dva para vodnih polja su spojena na trafostanice Kosova A i Priština 4 u periodu od izgradnje trafostanice do 1988. godine. Ugrađena oprema za zaštitu vodova je bila dotrajala, nedovoljno brza i nije davala dovoljno informacija za sigurno vođenje pogona te je rekonstrukcija bila nužna. Mala udaljenost od trafostanice Kosova A, oko 7 km, dodatno je pogoršavala situaciju, jer vrijeme trajanja kvara i njegovo otklanjanje na Prištini 1 zbog stare opreme su doveli do problema na samim generatorima.

Slika 1. Relejna zaštita tip LZ3 – 10 BBC; signalizacijska ploča; upravljački paneli Uzimajući u obzir ugradnju novih inteligentnih numeričkih uređaja i zamjenu primarne opreme (rastavljača, prekidača, strujnih i naponskih transformatora), sama vremena otklanjanja kvara i funkcioniranje zaštite su se popravila kao i dijagnostika uzroka kvarova te potpuno otklonila problematika prijenosa kvara na susjedne trafostanice. Sve navedeno se događalo i na druga dva paralelna voda u smjeru trafostanice Prištine 4 udaljene oko 6 km. Na sljedećem nizu fotografija je prezentirano prijašnje zatečeno stanje u trafostanici (Slika 1).

3

Končar-Inženjering za energetiku i transport je u listopadu 2009. godine uz pomoć lokalnog partnera KOMTELPE-a izvršio demontažu starih zaštitnih releja i signalizacijskih ploča, montažu nove opreme prema novom projektu, izradu ormara, konfiguriranja i ispitivanje upravljačkih i zaštitnih numeričkih uređaja, izrada baze podataka i ekranskih prikaza za potrebe SCADA-e te na kraju i puštanje u rad (Slika 2).

Slika 2. SCADA PROZA NET; novi upravljački i zaštitni ormar s UR i URPlus numeričkim uređajima

2. POGONSKA ISKUSTVA IZ PRIMJENE STANDARDA IEC 61850 U novom postrojenju primijenjeni su inteligentni numerički uređaji koje karakterizira sukladnost sa standardom IEC61850 kojim se definiraju informacijske karakteristike sekundarnog sustava elektroenergetskog postrojenja. Osnovu sekundarnog sustava novih trafostanica čine numeričke jedinice koje trajnom komunikacijom održavaju funkcionalnu vezu međusobno posredstvom GOOSE poruka, kao i sa staničnim računalima na razini trafostanice posredstvom izvještaja. Za potrebe međusobnih blokada sklopnih aparata koriste se GOOSE poruke umjesto standardnog rješenja sa žičanim blokadama. Sama procedura izrade blokada podrazumijeva različite vrste programiranja i konfiguriranja, korištenje specifičnih programskih alata i vještina. Osim za potrebe ostvarivanja blokadnih uvjeta, GOOSE poruke se koriste i za slanje podataka o položaju aparata iz mjerno-sekcijskog polja te stanja zaštitnih automata naponskih mjernih krugova za potrebe funkcije sinkročeka u sklopu uređaja zaštite dalekovoda.

Na pojednostavljenoj komunikacijskoj shemi se može vidjeti osnovna ideja spajanja inteligentnih numeričkih uređaja u strukturu dvije zvijezde na razini stanice te spoj preklopnika u dva prstena (Slika 3).

Slika 3. Pojednostavljena komunikacijska shema u TS 110/35kV Priština 1

4

Serveri su spojeni na upravljačke numeričke uređaje putem optičkih petlji 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 Priština 4.

Dakle, svaki inteligentni numerički uređaj ima dva mrežna priključka te se oba koriste kako za potrebe vertikalne komunikacije prema SCADA-i tako i za potrebe horizontalne komunikacije odnosno blokada za potrebe upravljanja i zaštite na cjelokupnom postrojenju.

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, elektrostatičko izbijanje od strane operativnog osoblja, uporaba uređaja s radio frekvencijom te podizanja potencijala uslijed kvarova s visokim vrijednostima struja [1]. 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. Redundancija mreže je potrebna za potrebe sustava upravljanja i zaštite u cilju garancije stabilne i otporne na prekide komunikacije unutar mreže.

Postizanje mrežne redundancije 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 mrežom koja je u prekidu, nego onom koja je spremna za prijenos informacija [2]. Neki od protokola redundancije omogućuju postizanje vremena oporavka u rasponu od nekoliko milisekundi te se na taj način osigurava siguran i pouzdan rad mreže te sustava u cjelini [3].

Ukupna redundancija cijelog sustava upravljanja i zaštite ovisi ne samo o redundanciji samih preklopnika nego i o inteligentnim numeričkim uređajima, posebno o broju raspoloživih fizičkih priključaka prema preklopnicima. Nadalje, bolja tolerancija na prekid komunikacije se postiže uporabom dvostrukim spojem uređaja na nezavisne preklopnike. Neki od proizvođača numeričkih uređaja koriste funkciju aktivna/pričuva s jednom MAC adresom. Na taj način je samo jedna veza aktivna, dok se druga nalazi u pričuvi. Uporabom takvog rješenja, prebacivanja prometa s jednog priključka na drugi, imamo za posljedicu vrijeme prebacivanja u rasponu od nekoliko milisekundi do sekundi. Uporabom alternative s dva nezavisna priključka, kao u našem slučaju, imamo situaciju u kojoj promet teče simultano putem dvije IP i MAC adrese.

3. SCADA PROZA NET

U predmetnoj trafostanici je implementirana zadnja inačica SCADA-e Proze NET, proizvodnje stručnjaka iz Končar-KET-a. Grafičko korisničko sučelje se temelji na najsuvremenijim tehnologijama te omogućava intuitivan pristup i fleksibilan rad operatera (Slika 4).

Slika 4. Izgled modernog sučelja PROZA NET-prikaz upravljanja vodnim poljem Priština 4

5

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 upravljene 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. 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 izrađen je primjenom najsuvremenijih računalnih tehnologija prema arhitekturi klijent-poslužitelj (Slika 5).

Slika 5. 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.

6

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. 4. 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.

Jedna od važnijih novosti je objava dodatka standarda te se može očekivati njegove daljnje širenje i na druge grane osim na trafostanice. Dakle, možemo očekivati optimizaciju sustava i njegove arhitekture u radikalnijoj mjeri i najvećoj mogućoj fleksibilnosti u automatizaciji postrojenja do sada.

Pretpostavka potpunog međusobnog rada između opreme različitih proizvođača te mogućnosti kombiniranje iste na istom postrojenju u stvarnosti je u ovom primjeru rekonstrukcije ostvarena. Vertikalna komunikacije prema SCADA-i je ostvarena s upravljačkim i zaštitnim numeričkim uređajima kao i s regulatorima napona energetskih transformatora s dvostrukom komunikacijskom petlju 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 nepostojanja 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. Na takav način se napravila ušteda na rezervnom upravljačkom mjestu kao i na alarmno-dojavnim jedinicama koje su također integrirane u samu upravljačku jedinicu te se zbog lakšeg i sigurnijeg rada u lokalu sve očitava na jednom mjestu. Osim predmetne stanice, po istom principu i sa istom opremom, su u planu realizacije ove godine i narednih godina još četiri trafostanice u Albanije te jedna u Makedoniji. 5. LITERATURA [1] IEC 61850-3 Communication networks and systems in substations – part 3 General requirements,

siječanj 2002.

[2] R. Moore, “Substation LAN - Issues to Consider when Designing and Deploying the Ethernet Network”, Praxis Profiline, April 2007

[3] IEC 62439-3, Industrial communication networks high availability automation networks - Part 3: Parallel Redundancy Protocol (PRP) and High availability Seamless Ring (HSR)