HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ 9. simpozij o sustavu vođenja EES-a Zadar, 8. – 10. studenoga 2010. 1-08 Danijel Hanjilec [email protected] Marino Radošević [email protected] Domagoj Ožanić [email protected] Mirta Turina [email protected] Goran Kekelj [email protected] HEP-Operator prijenosnog sustava d.o.o. Prijenosno Područje Rijeka KONČAR - Inženjering za energetiku i transport d.d. Duško Buršić [email protected] HEP-ODS d.o.o. Elektroprimorje Rijeka SUSTAV NADZORA, UPRAVLJANJA, ZAŠTITE I MJERENJA U TS 110/20-35 KV VRBOVSKO SAŽETAK Godine 2010. pristupa se gradnji nove TS 110/20 kV Vrbovsko, pokraj postojeće 35/20 kV. Razlog je potreba za povećanom snagom priključene JANAF-ove crpne stanice. TS 110/20 kV je 2 × 20 MVA, i spaja se na postojeću TS 35/20 kV, nakon modifikacija nekoliko polja. Tijekom redovite realizacije projekta došlo je do promjena vezanih uz razgraničenje nadležnosti upravljanja nad transformatorskim poljima, koje su se znatno razlikovale od rješenja određenog projektom. Novonastala situacija rezultirala je korištenjem koncepcijski posve novog pristupa razgraničenja upravljanja i prijenosa informacija između prijenosa i distribucije. Ovakva izvedba ima dodatnih prednosti koje su opisane u referatu, a ujedno čine TS Vrbovsko prvim sustavom u Hrvatskoj u kojem releji po IEC61850 protokolu istovremeno posve neovisno opslužuju dva SCADA sustava odvojenim komunikacijskim putevima i mrežnim priključcima. Ključne riječi: sustav daljinskog vođenja, SCADA, IEC 61850, nadležnost upravljanja CONTROL, MONITORING AND PROTECTION SYSTEM OF SS 110/20-35 KV VRBOVSKO SUMMARY In the year 2010. it was entered into the construction of new substation 110/20 kV Vrbovsko, situated near the existing SS 35/20 kV. The cause was demand for higher extent of power supply to the JANAF Plc. pump station. Substation 110/20 kV includes 2x20 MVA transformers, and wil be connected to the existing SS 35/20 kV, after the modification of few bays had been done. A certain alternation in switching authority design over transformer bays had been anounced during the project realisation, which differred significantly from origin design solution. The new situation resulted in use of conceptually new approach to the switching authority design and information transmission between transmission and distribution SCADA systems. This kind of implementation has advantages which are presented in the paper, and makes SS Vrbovsko the first inplemented system in Croatia in which numerical relays provide information simultaneously to two 1 independent SCADA systems, via IEC61850 communication protocol, using separate communications paths and network adapters. This solution optrudes itself as a new standard in substations of this type. Key words: control and supervision system, SCADA, IEC 61850, switching authority 1. UVOD U samom početku projektiranja nije bilo određeno hoće li nadležnost nad transformatorskim poljima biti pridijeljena prijenosu ili distribuciji. Cijeli projekt je krenuo sa pretpostavkom da će kompletnim trafo poljem, primarom i sekundarom kao i regulacijom, upravljati prijenos da bi na kraju, uz nekoliko međukoraka, kompletno polje završilo u vlasništvu distribucije. Zahtjev distribucije i prijenosa je bio da upravljanje, signalizacija i mjerenje na tim poljima ne ide preko računala prijenosa već da oba sustava djeluju neovisno. S obzirom da se prijenos obvezao na održavanje opreme, koja se nalazi u njihovoj zgradi, imali su zahtjev za nadzorom na trafo poljem. Zahvati su obuhvaćali radove na upravljačkim terminalima i regulatorima. Zaštita transformatora je ostala spojena kao ostatak opreme na 110 kV dijelu i to na način da je jedno optičko sučelje spojeno na SCADA preklopnik, a drugo na servisni preklopnik inženjera zaštite. Upravljački terminal upravlja primarnom i sekundarnom stranom transformatora. Jedno optičko sučelje spojeno je na SCADA preklopnik prijenosa (preko njega su konfigurirane GOOSE poruke za razmjenu blokada između polja 110 kV), a drugo na SCADA preklopnik distribucije. U ovom slučaju nije potrebna promjena same konfiguracije releja, već se prilagodba obavlja na komunikacijskom dijelu releja. Isto vrijedi i za regulatore napona. Bez obzira što trafo poljem u potpunosti upravlja distribucija, upravljanje je ispitano i onemogućeno na strani prijenosnog računala. Na taj način je ostavljena mogućnost da u budućnosti podjela upravljanja možda bude drugačija što će zahtjevati minimalne zahvate na računalu SDV-a, dok će zahvati na nivou releja i postrojenja biti nepotrebni. Ova fleksibilnost je velika prednost ovakvog rješenja. 2. OPIS POSTROJENJA 2.1. Opis 20-35 kV postrojenja Godine 2001. u pogon je puštena nova TS 35/20 kV Vrbovsko, s instaliranom snagom od 2 × 8 MVA. Razlog izgradnje bila je JANAF-ov ova potreba za povećanom snagom za pumpnu stanicu Dobra, do koje iz Vrbovskog dolaze 2 kabela, i napajaju postrojenje 20/6.3 kV. Postojeća TS Vrbovsko se sastoji od 5 oklopljenih ćelija 35 kV, i 16 ćelija 20 kV. Polja su opremljena sa relejima tipa ABB SPACOM, interna komunikacija je po SPA komunikacijskom protokolu. Stanično računalo je tipa Končar RFDAS, releji su podijeljeni u dvije optičke petlje, koje završavaju na Končarevim komunikacijskim karticama u RFDAS računalu. Prema DC Rijeka komunikacija je po IEC60870-5-101 protokolu. Godine 2006. u stanicu je ugrađen jedan shunt-prekidač sa TSN-ovom ćelijom s prekidačima, a zaštitu i komunikaciju je izradila Iskra-Sysen. Veza prema staničnom računalu je po IEC60870-5-103 protokolu. Godine 2010. gradi se nova TS 110/20 kV Vrbovsko, pokraj postojeće 35/20 kV. Razlog je ponovno JANAF-ov ova potreba za povećanom snagom. TS 110/20 kV je 2 × 20 MVA, i spaja se na postojeću TS 35/20 kV, nakon modifikacija nekoliko polja. Zamjenom položaja kućnih transformatora i aktiviranjem rezervih polja, omogućeno je spajanje novih 20 kV trafo-polja. Strana 35 kV se napaja jednim transformatorom 35/20 kV, i to je rezervna veza za napajanje 20 kV polja. Na svakoj sekciji postoje 2 kućna transformatora, s prigušnicom i otpornikom na zvjezdištu primara, a na istim su poljima i shunt prekidači. Polja koja nisu doživjela rekonstrukciju zadržavaju SPACOM releje, dok se u nova distributivna polja ugrađuju ABB REF54x releji sa LON protokolom i servisnim SPA protokolom. U sekundarnim transformatorskim poljima su također ugrađeni REF releji, ali s komunikacijom po IEC61850 i po LON-u, čime je zaokružena cjelina dotadašnje koncepcije da je OPS nadležan za upravljanje i održavanje trafopoljima. Zaštita i upravljanje shunt-prekidačima sada je smješteno u REF relej, a dotadašnje rješenje i komunikacija po IEC60870-5-103 su ukinuti. 2 Slika 1. Jednopolna shema 20kV postrojenja – žuto označeno područje su transformatorska polja u 110 kV postrojenju, nad kojima nadležnost upravljanja ima ODS, a u vlasništvu su OPS-a 3 Stanično računalo je novo, s MicroSCADA Pro inačica 9.2 sustavom, koji prema DC Rijeka povezan s IEC60870-5-104 protokolom, a prema računalu OPS-a međuračunalnom vezom putem IEC60870-5-101. 2.2. Opis 110 kV postrojenja • • TS Vrbovsko 110/20-35 kV na lokalitetu u vlasništvu HEP-OPS d.o.o., PrP Rijeka sastoji se od: vanjskog rasklopnog postrojenja naponske razine 110 kV s transformacijom 110/20 kV i upravne zgrade HEP-OPS-a, sa smještenom sekundarnom opremom nadzora, upravljanja, zaštite i mjerenja (NUZM) u ormarima 110 kV polja te telekomunikacijskom opremom i razvodom napajanja 220 VDC, 220 VAC i 48 VDC. Na 110 kV jednostruke sabirnice rasklopnog postrojenja 110 kV priključena su četiri klasična vodna polja – DV HE Vinodol (=E1), DV Švarča (=E2), DV EVP Moravice (=E6) i DV HE Gojak (=E7) te dva transformatorska polja (=E3 i =E5) s ugrađenim transformatorima, svaki prijenosnog omjera 110/20 kV, tipa spoja YNd5 i nazivne snage 20 MVA. 110 kV sabirnice podijeljene su sekcijskim spojnim poljem (=E4) na dvije simetrične sekcije što samom postrojenju daje oblik tipične H-sheme. Sekcijsko spojno polje odvaja/spaja navedene sekcije skupom četiriju uzemljivača sabirnica (-Q15, -Q16, -Q17, -Q18) te jednog prekidača (-Q0) i dvaju sabirničkih rastavljača (-Q11, -Q12) između njih. Za mjerenje napona na krajevima sabirnica smješteni su mjerni naponski transformatori. U upravnoj zgradi HEP-OPS-a, svi upravljački terminali i releji numeričke zaštite u ormarima polja (=Ex+SR1) pripadaju ABB-ovoj seriji uređaja REx 670 i povezani su mrežnim kabelima na priključke dvaju sistemskih mrežnih preklopnika tipa RSG2100T u ormaru SCADA sustava =X2. U ormaru =X2 smještena je još i sljedeća oprema: • dva preklopnika RSG2100T za potrebe servisnog pristupa i održavanja od strane sistem inženjera Odjela relejne zaštite i Odjela procesne informatike (Ethernet veza posredstvom SDH mreže – EoS servis točka-točka), • zvjezdasta spojka IEL STAR10 kao RS232/P.F.O. veza AM16 uređaja sa staničnim računalom po Modbus protokolu za signalizaciju iz ormara mjerenja +QM1 i +QM2, • Advantech stanično računalo s instaliranim SCADA programom MicroSCADA Pro v.9.2 i hardverskom periferijom na upravljačkom mjestu (2 monitora, tipkovnica, miš i lokalni KRD pisač), • Advantech PC, TEKO protokol konvertor proizvođača Končar s konverzijom protokola IEC 68705-101/ ADLP80 i komunikacijska skretnica EDIN 221T za vezu prema MC Rijeka, • mrežni usmjerivač/router RX1000 (za povezivanje stanice s novim SCADA sustavom u MC Rijeka), • Meinberg GPS uređaj, Lantime M300, • EL-UR izvor napajanja, DXN 220-06M. Ormar mjerenja QM+QM1 sadrži ugrađenu opremu (brojila) za vršenje obračunskih mjerenja, a mjerenje kakvoće električne energije se provodi pomoću ION uređaja ugrađenih u ormaru mjerenja QM+QM2. Za svaki dio postrojenja predviđena je zaštita primarne i sekundarne opreme putem odgovarajućih numeričkih releja zaštite. Vodovi se štite relejima REL 670 kroz distantnu, zemljospojnu usmjerenu i nadstrujnu zaštitu. Transformatorska polja štite zaštitni releji RET 670 s funkcijama diferencijalne, ograničene zemljospojne, nadstrujne i neovisne nadstrujne te termičke zaštite. Zaštitu sabirnica vrše po poljima distribuirani releji REB BU 500 putem diferencijalne i nadstrujne zaštite (za spojku), a sve informacije sabirničke zaštite prikuplja centralna jedinica REB CU 500 koja se nalazi u ormaru sekcijskog polja =E4+SR1. Svi uređaji su opremljeni sa dvostrukim optičkim sučeljima i mogučnošću podešavanja različitih IP adresa. MicroSCADA sustavom omogućeni su pregledni nadzor i upravljanje postrojenjem na razini stanice, i to putem prikaza jednopolne sheme postrojenja i statusa sekundarne opreme, kao i putem zapisa nastalih procesnih promjena u listi događaja i listi alarma. Komunikacija staničnog računala prema MC Rijeka je uz navedenu protokolnu konverziju ostvarena putem V.24 porta SDH mreže. Trafostanica Vrbovsko je po pitanju razmjene podataka s nadređenim MC Rijeka tehnički projektirana u skladu s projektom „Funkcije vođenja EES-a” za modernizaciju mrežnih centara HEP-OPSa. Predviđa se prelazak na komunikacijsku vezu lokalne SCADA-e i SCADA sustava novog centra 4 Slika 2. Jednopolna shema 110 kV postrojenja – žuto označeno područje predstavlja polja nad kojima nadležnost upravljanja ima ODS, a u vlasništvu su OPS-a 5 (Network Manager) putem IEC 60870-5-104 protokola. U sklopu redovnog ispitivanja postrojenja izvršen je FAT kojim je na postojeće MicroSCADA stanično računalo dodana IEC 60870-5-104 linija prema simuliranom centru upravljanja (isto MicroSCADA sustav). Na taj način ispitana je kompletna funkcionalnost ugrađenog sustava prema novom centru upravljanja (Network Manager). Iz tog razloga je MicroSCADA Pro u trafostanici pripremljena i za taj tip komunikacije. Upravljanje 110 kV postrojenjem u nadležnosti HEP-OPS-a podijeljeno je na sljedeće razine: 1. razina: Lokalno upravljanje iz ormara polja =Ex+SR1, putem sučelja upravljačke jedinice REC 670 ili, u slučaju kvara, interventno upravljanje s RUP-a (bez blokada) 2. razina: Lokalno upravljanje na nivou stanice, s upravljačkog mjesta staničnog računala sa SCADA sustavom 3. razina: Daljinsko upravljanje iz nadređenog MC-a Rijeka Blokade upravljanja aparatima u 110 kV postrojenju izvedene su programski u postavkama upravljačkih jedinica polja REC 670. 3. UPRAVLJANJE 110/20 kV TRANSFORMATORSKIM POLJIMA Tijekom realizacije projekta naknadno je odlučeno da će sa 110 i 20 kV trafo-poljima upravljati distribucija (ODS). Potrebno je naglasiti da je distribucija dobila mogućnost upravljanja s energetskim transformatorima, ali je održavanje ostalo OPS-u. To znači da i OPS i ODS trebaju vidjeti sve procesne informacije, a to je bilo moguće izvesti jer su svi uređaji opremljeni s dva komunikacijska porta, s kojima mogu raditi prema dva nadređena centra. 3.1. Rješenje u ODS dijelu U stanično računalo ODS uveden je IEC61850 protokol, te je modificirana mrežna komunikacijska oprema i dodan usmjerivač uz distribucijsko stanično računalo. Tako na kraju stanično Slika 3. Blok shema sustava sekundarne opreme - ODS 6 računalo distribucije koristi 5 komunikacijskih protokola (SPA, LON, IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104 i IEC 61850), slika 1. Osim tog noviteta, tu je i mogućnost da distribucija upravlja regulatorom napona. Za to su izrađene sve potrebne komande (ručno/automatski, više/niže), indikacije i mjerenja (referentnog napona, mjerenog napona, položaj preklopke, broj prorada regulacione preklopke), što do sada u ODS-u nije bio slučaj. Naravno, učinjeni su i ustupci, jer je inicijalno zamišljeno da OPS upravlja i održava. To konkretno znači da su na pojedinim uređajima komunikacijski portovi spojeni na IEC61850 procesnu mrežu ODS-a (REC670 i REG-D), umjesto da služe za servisni pristup OPS-u, kao i da su neki bitni signali žičano dovedeni sa zaštitnih releja (RET) na terminale polja REC670. Međuračunalna veza služi samo ODS-u i to za signalizaciju koja nije ključna (110 kV spojno i mjerna polja, i signali prorade pojedinih zaštita sa RET-a). Time se željela izbjeći mogućnost da zbog kvara ili održavanja staničnog računala OPS-a, distribucija nema mogućnost upravljanja sa trafo-poljima. 3.2. Rješenje u OPS dijelu U skladu s razgraničenjem nadležnosti upravljanja postrojenjem TS Vrbovsko 110/20-35 kV, HEP-OPS upravlja vodnim poljima (VP Vinodol, VP Švarča, VP Moravice i VP Gojak) i sekcijskim spojnim poljem 110 kV sabirnica, dok nadležnost upravljanja transformatorskim poljima 110 kV i 20 kV te regulacijom transformatora pripada HEP-ODS-u. Sekundarna oprema sustava NUZM za transformatorska polja smještena je u ormarima sekundarne opreme (=E3+SR1, =E5+SR1) u zgradi HEP-OPS-a. Osnovni skup procesnih podataka iz transformatorskih polja, neophodan za nesmetan i neovisan proces nadzora i upravljanja svakim dijelom postrojenja za koji je pojedini elektroenergetski subjekt (HEP-ODS i HEP-OPS) nadležan, vodit će se direktno u njihove SCADA sustave preko dualnih komunikacijskih portova sekundarne opreme na sljedeći način: • prvi Ethernet port (IEC 61850 protokol) upravljačke jedinice polja REC 670 spojen je na procesnu LAN mrežu postrojenja HEP-OPS-a, (preko njega su konfigurirane GOOSE poruke za razmjenu blokada između polja 110kV), dok je Slika 4. Blok shema sustava sekundarne opreme - OPS 7 • drugi Ethernet port (IEC 61850 protokol) iste upravljačke jedinice polja REC 670 spojen na procesnu LAN mrežu postrojenja HEP-ODS-a. Na isti način riješena je i opskrba SCADA sustava informacijama o stanju i regulaciji transformatora, gdje je svaki regulator napona transformatora EBERLE REG-D opremljen s dva Ethernet porta za povezivanje IEC 61850 protokolom na procesni LAN postrojenja HEP-OPS-a, odnosno za povezivanje IEC 61850 protokolom na procesni LAN HEP-ODS-a,slika 2. Drugim riječima, ovo komunikacijsko rješenje omogućuje da eventualni kvar jednog SCADA sustava (npr. HEP-ODS-a) ne utječe na prijenos osnovnih procesnih podataka i funkcije vođenja drugog SCADA sustava (HEP-OPS-a). Skupu osnovnih procesnih podataka transformatorskih polja pripadaju procesni podaci uklopnih stanja 110 kV i 20 kV aparata (komande i indikacije) transformatorskih polja te procesni podaci sa samih transformatora (isklopi zaštite transformatora i regulacija transformatora). Skup dodatnih procesnih podataka podrazumijeva podatke koji se razmjenjuju međuračunalnom vezom između staničnih računala HEP-OPS-a i HEP-ODS-a po IEC 60870-5-101 komunikacijskom protokolu. HEP-OPS međuračunalnom vezom za potrebe HEP-ODS-a dodatno šalje podatke iz mjernog polja 110 kV te uklopna stanja aparata (rastavljači i uzemljivači, prekidač) 110 kV sekcijskog spojnog polja. Za potrebe HEP-OPS-a prenose se dodatne informacije o mjerenjima i uklopnom stanju aparata spojnog polja na 20 kV sabirnicama. Mjerenja s 20 kV strane uzimaju se iz upravljačkih jedinica transformatorskih polja REF 541 koji su opremljeni komunikacijskim konvertorima SPA-ZC 400. Na LON port konvertora spaja se procesna LON mreža postrojenja HEP-ODS-a, a na njegov IEC 61850 komunikacijski port spojena je procesna LAN mreža postrojenja HEP-OPS-a. 4. ZAKLJUČAK Način na koji je riješeno razgraničenje upravljanja transformatorskim poljima primijenjeno u TS 110/20-35 kV Vrbovsko ima niz prednosti na objektima u kojima isto polje dijele dva sustava (npr. trafo polja na razdiobi prijenosa i distribucije) i to: - problem nadležnosti u upravljanju pojedinim aparatima ili cijelim poljem (ovo je slučaj u TS Vrbovsko) - smanjuje se potrebno ožičenje i broj uređaja jer oba sustava imaju pristup svim informacijama na nivou releja ( relej je server sa mogučnošću pristupa više klijenata) - komunikacijske mreže između dva sustava su odvojene (sučelja su fizički odvojena sa različitim IP adresama) - problem blokada i paralelnog upravljanja aparatima u spornim poljima je riješen u samoj konfiguraciji releja ( nemoguće je istovremeno izdavanje komandi sa oba računala) - sustavi upravljanja SDV-a u trafo poljima ne ovise jedan o drugome kao do sada (npr. upravljanje aparatima rasklopišta putem međuračunalne veze protokolima IEC 60870-5-101 ili IEC 60870-5-104 donosi problem neraspoloživosti računala) - u relejima su svakom SCADA sustavu dodijeljeni odvojeni IEC 61850 reporti Takvo rješenje nameće se kao novi standard u postrojenju ovakvog tipa. 5. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 8 LITERATURA "MicroSCADA Pro SYS 600 9.2, IEC 61850 System Design, Configuration Manual“, ABB, 2007. "MicroSCADA Pro SYS 600 9.2, IEC 61850 Master Protocol (OPC), User's Guide“, ABB, 2006. "MicroSCADA Pro SYS 600 9.2, System Objects, Technical Description“, ABB, 2007. "SPAC 535 C / SPAC 635 C Feeder terminal“, User's manual and Technical description, ABB, rujan 1997. "Lokalno i daljinsko vođenje TS 35/20 kV Vrbovsko“, Izvedbeni projekt, Končar-KET, studeni 2000. "Bay control IED REC 670, Installation and commissioning manual“, ABB, Prosinac 2007. "Transformer protection IED RET 670, Installation and commissioning manual“, ABB, Prosinac 2007. "Spannungsregler REG-D™, Bedienungsanleitung“, A. Eberle GmbH & Co. KG, Ausgabe D, Stand 02.2009,