A Teljes Digitális Alállomás megvalósíthatóságának vizsgálata a MAVIR ZRt. alállomásain. Szedlák Róbert, MAVIR ZRt. Szekunder szakszolgálati osztály

Átírás

1 A Teljes Digitális Alállomás megvalósíthatóságának vizsgálata a MAVIR ZRt. alállomásain Szedlák Róbert, MAVIR ZRt. Szekunder szakszolgálati osztály

2 Az előadás mottója lehetne de nem az: Járt utat a járatlanért el ne hagyj!

3 Az előadás mottója inkább ez lehetne: Járt utat a járatlanért el ne hagyj hacsak nincs rá jó okod, és meg van rá a lehetőséged!

4

5 Az egész világon megfigyelhető tendencia az, hogy a nagyfeszültségű alállomásokon az elmúlt 20 év során megbízhatóan működő digitális technológiában minőségi változás megy végbe. Ez a fejlődés első sorban a digitális készülékek és rendszerek egymás (irányítástechnika, zárlatvédelem, stb.) közötti kommunikációját érinti, és lehetőséget ad az alállomási erősáramú kábelezés optikai kábellel történő, csaknem teljes körű kiváltására.

6 A MAVIR stratégiai céljaival összhangban, a Szekunder szakszolgálati osztály az összes érintett szervezeti egység bevonásával elemezte egy Teljesen Digitális Alállomás / Full Digital Substation (továbbiakban TDA/FDS) magyarországi megvalósíthatóságának lehetőségét.

7 Mi is az a Teljesen Digitális Alállomás (TDA)?

8 8 Vezérlés Országos Diszpécser Szolgálat, és Központi Kezelő-Központ 1. leágazás IED Adatok Optikai hálózat Adatok 2. leágazás IED Transzformátor állomás Vezérlés Erősáramú jelzések 1. mező jelzések 2. mező Erősáramú jelzések Erősáramú jelzések Erősáramú Erősáramú jelzések Erősáramú jelzések Optikai kábel Réz vezeték

9 Process bus Station bus 9 Vezérlés 1. leág IED Adatok Optikai hálózat (Station) Horizontális adatcsere Horizontális adatcsere Adatok 2. leág IED 1.Adatok és 2.Adatok 1.Adatok 2.Adatok és 1. Adatok 2.Adatok 1.Adatok Optikai hálózat (Process) 2.Adatok Optikai kábel Réz vezeték Merging Unit Merging Unit Primer készülék Primer készülék

10 Eredménytermék: Tanulmány Amiben részleteztük a MAVIR által üzemeltetett alállomásokon a TDA megvalósításához szükséges műszaki és egyéb feltételeket.

11 TARTALOMJEGYZÉK (tanulmány) 1, Bevezetés 2, Rövidítések és szakkifejezések magyarázata 3, Station bus szinten IEC61850 GOOSE üzenetek alkalmazása 4, A hagyományos mérőváltók és kapcsoló berendezések jeleinek digitalizálása Process Bus szinten 5, Segédüzemi berendezések 6, Primer berendezések illesztése a digitális alállomás koncepciójához 7, Digitális alállomások biztonsága 8, A teljesen digitális alállomás bevezetési ütemezése 9, Összefoglaló

12 (2.) Rövidítések és szakkifejezések Néhány, a jelen előadás anyagának megértéshez szükséges definíció: - IED (Intelligent Electronic Device): a védelmi- és irányítástechnikai szabadon konfigurálható készülék. - MU (Merging Unit): a primer eszközök jeleinek digitalizálására szolgáló berendezés.

13 Rövidítések és szakkifejezések - GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event): az IEC61850 szabványban definiált protokoll: a különböző tiltások, reteszek, vezérlések számára használt üzenetek elnevezése. - Station Bus: az IED-k, HMI, gateway stb. kommunikációs szintje (felső irányú, hagyományos kommunikáció). - Process Bus: merging unitok és/vagy digitális primer eszközök és IED-k kommunikációs szintje (sokkal szigorúbb követelményeknek kell megfelelni).

14 (3.) Station bus szinten IEC61850 GOOSE üzenetek alkalmazása (első lépés) - Alállomási rendszerkommunikációs hálózat a Station bus szintjén: milyen hálózati felépítést, protokollt alkalmazzunk a felső irányú kommunikációt biztosító hálózat kialakításra? - Védelmi rendszer / irányítástechnikai rendszer: mely erősáramú jel(zés) kerüljön át GOOSE üzenetbe?

15 Station bus szinten IEC61850 GOOSE üzenetek alkalmazása - Védelmes adatgyűjtő és VMH (védelmes munkahely): milyen új elvárásoknak kell megfelelni? Alapvetően a GOOSE üzenetek monitorozása, ezek üzemeltetői elvárásoknak megfelelő feldolgozása a feladat, mind a védelmi, mind az irányítástechnikai rendszer esetén. Fontos megállapítás: a digitális alállomások kialakításának első lépéseként, az ebben a fejezetben meghatározott fejlesztések el kell végezni. - Időszinkronozás: szükséges-e áttérni a PTP, precíziós időszinkron protokollra?

16 Station bus szinten IEC61850 GOOSE üzenetek alkalmazása - Alállomások beltéri optikai kábelezése, rágcsálóvédelem: szükség van-e az eddigiektől eltérő megoldásokra? Fokozottabb mechanikai védelem, optikai kábel erek színkódolásának bevezetése. - Alállomási rendszerleíró fájlok: megtartható-e a külön védelmi és irányítástechnikai rendszerleíró fájl (.scd), illetve egyéb IEC61850 kommunikációra képes eszközök is bevonásra kerüljenek (pl. Switch-ek)? Egyelőre elfogadható a külön védelmi és irányítástechnikai leíró.

17 (4) A hagyományos mérőváltók és kapcsoló berendezések jeleinek digitalizálása Process Bus szinten (második lépés) A digitális alállomásokhoz vezető út második lépéseként ki kell alakítani a Process Bus szinten lévő hálózatot, Merging Unit (MU) eszközöket kell telepíteni a megszakítók, szakaszolók, mérőváltók, transzformátorok közelébe, hogy az analóg méréseket az erősáramú jelzéseket és a parancsokat a szabadtéren a berendezések közvetlen közelében tudjuk digitalizálni. Ezzel a lépéssel a szabadtér és a reléházak közötti erősáramú kábelezés jelentős része kiváltható optikai összeköttetéssel, továbbá zöldmezős beruházások esetében a reléházak is elhagyhatók lehetnek.

18 A hagyományos mérőváltók és kapcsoló berendezések jeleinek digitalizálása Process Bus szinten (második lépés) - Alállomási rendszerkommunikációs hálózat kialakítás Process Bus szinten: Milyen hálózati felépítésre, protokoll alkalmazásra van szükség? Sokkal szigorúbb követelmények (sebesség, rendelkezésre állás, redundancia), mint Station Bus szinten. Pl.: analóg jelek valós idejű továbbítása. - Védelmi rendszer / irányítástechnikai rendszer kialakítása, a Merging Unitok beépítése: hány darab, milyen típusú eszközre van szükség az üzembiztos működéshez? Két, egymástól független Meging Unit vagy Merging Unit rendszer. Csak az IEC61850 Edition 2 szabványnak megfelelő PTP képes IED-k jöhetnek szóba.

19 A hagyományos mérőváltók és kapcsoló berendezések jeleinek digitalizálása Process Bus szinten (második lépés) - Védelmes adatgyűjtő és VMH kialakítása: a Station Bus-os kommunikációhoz képest milyen változtatásra van szükség? Az biztonságos üzemeltetéshez további funkció-bővítés válhat szükségessé (pl.: Sampled Values monitorozás). - Időszinkronozás: szükséges-e bármilyen szigorítás? Igen, elengedhetetlené válik a PTP protokoll használata.

20 Egyéb, vizsgált témakörök - Szabadtér optikai kábelezése, kültéri szekrény kialakítás - Alállomási Rendszerleíró fájlok. - Rendszer és készülék tesztelés menete (későbbiekben kerül kidolgozásra). - Szabályzatok, utasítások dokumentumok. - A védelmes- és irányítástechnikai mérnökök (eddigieken felüli) szükséges ismeretei, szükséges oktatások, külföldi tapasztalatcsere. - Beszerzendő eszközök/szoftverek. - Tervekkel és tervezőkkel szemben támasztott követelmények.

21 (5) Segédüzemi berendezések - Kidolgozás alatt (a jelenlegi rendszerek digitalizációjára a legegyszerűbb megoldásnak a Merging Unit-ok alkalmazása ésszerűnek látszik, ahol ennek van értelme )

22 (6) Primer berendezések illesztése a digitális alállomás koncepciójához - Mérőváltók: az árammérésben látszik olyan mértékű előrelépés, hogy optikai elven megvalósítható olyan árammérés, amely kielégíti a ma is kívánatos elvárásokat pl. az osztálypontosság tekintetében. Ebből következően (a közeljövőben) a Merging Unit-ok alkalmazása látszik reálisnak. - Kapcsolókészülékek (megszakítók, szakaszolók): ma még nem létezik olyan készülék, ami kizárólag tápfeszültség, illetve digitális be/kimenetekkel rendelkezne. DE: a beépített szenzorok már képesek digitálisan kommunikálni az alállomási hálózattal pl. IEC61850 szabvány szerint.

23 (6) Primer berendezések illesztése a digitális alállomás koncepciójához - Transzformátorok: alapvetően a monitoring terén történik változás. Cél a TDA-hoz való közvetlen illesztés. - Összességében: Az optikai elvű áramváltó kipróbálása megfontolható, illetve a primer (on-line) diagnosztika terén lehet előre lépni.

24 (7) Digitális alállomások biztonsága - Fizikai-, humán és adatvagyon biztonság: milyen változtatásokra van szükség, szükséges e növelni a védelem szintjét? - Logikai biztonság. FONTOS Vizsgált témakörök: Ciber Security IT kompatibilitás, üzembiztonsági monitorig, információbiztosági monitoring, központi authentikáció bevezetése?, hálózati szegmentálás, sérülékenységi vizsgálatok, firmware frissítések, titkosítás, szoftver nyilvántartás.

25 (8) A teljesen digitális alállomás bevezetési ütemezése 1. Station Bus szinten GOOSE üzenetek használatával rendszeresített konfigurációk elkészítése, tesztelése. 2. Station Bus szinten GOOSE üzenetek alkalmazása. 3. A Process Bus szinten lévő hálózat véglegesítése, tesztelése. Merging Unitok és IED-k konfigurációjának elkészítése és tesztelése a Process Bus szinten. 4. A teljes digitális szekunder technológiával (a hagyományos rendszer mellett) kialakítandó mező meghatározása. Pilot projekt indítása. 5. A kiválasztott mező (pilot projekt) üzembe helyezése. Cél: 2022 vége. 6. A pilot projekt lezárása, kiértékelése, egy teljes alállomás magvalósítása. Cél: 2025 vége.

26 Összefoglalás - A technológia bevezetését lépésről-lépésre célszerű megvalósítani az üzembiztonsági szempontokat, a digitalizáció során elengedhetetlen információ biztonsági szempontokat és a humán faktort szem előtt tartva. - Első lépésként a Station Bus szinten lévő IED-k közötti horizontális kommunikációt célszerű megvalósítani GOOSE üzenetek formájában. - Második lépésként a Process Bus-os kommunikáción/merging Unit használaton alapuló Pilot projektet kell megvalósítani, a tanulmányban részletezettek figyelembe vételével.

27 Köszönöm a figyelmet!