Bánfalvy Zoltán, ABB Kft. PS-LEC, 2014.06.04. IEC 61850-9-2LE Process Bus Ismertető és alkalmazási tapasztalatok
Tartalom Bevezetés Mi az a Process Bus? Szabványok Primer és szekunder építőelemek Topológiák Segédeszközök Process Bus a gyakorlatban Powerlink Loganlea 275/110kV UniGear Digital ABB June 16, 2014 Slide 2
Az alállomási védelem-irányítás technika fejlődése Az erősáramútól az optikai kapcsolatig June 16, 2014 Slide 3
A Process Bus alkalmazásának előnyei Digitális forradalom az alállomásban Kevesebb kábel, optika rézkábelek helyett. Primer készülékek process bus csatlakozással Alacsonyabb követelményeket támaszt a hagyományos ÁV/FV-k felé (kisebb terhelés). Egyszerűbb szekunder szekrények, teljes leválasztás a nagyfeszültségű részektől. A szenzorok (NCIT) megbízhatóbbak és biztonságosabbak a hagyományos mérőváltóknál. Csökkentett karbantartási igény, a komponensek folyamatos, átfogóbb felügyeletén keresztül June 16, 2014 Slide 4
Szabványosítás és átjárhatóság IEC 61850-9-2 szabvány és alkalmazási útmutatója A szabvány: IEC 61850-9-2 Standard for communication networks and systems in substations, part 9-2: Specific Communication Service Mapping (SCSM) - Sampled values over ISO/IEC 8802-3 A szabvány nagyon széleskörű, tág kereteket hagy az értelmezésre, ami megnehezíti az átjárhatóság biztosítását. Alkalmazási útmutató: Implementation Guideline for digital Interface to instrument transformers using IEC 61850-9-2 Az átjárható gyakorlati megvalósítás előmozdítása érdekében az UCA International Users Group elékszítette az IEC 61850-9-2 alkalmazási útmutatóját June 16, 2014 Slide 5 Ennek általánosan elfogadott elnevezése: IEC 61850-9- 2LE light edition
Szabványosítás és átjárhatóság IEC 61850-9-2 szabvány és alkalmazási útmutatója IEC 61850-9-2 Szabvány IEC 61850-9-2LE Alkalmazási útmutató Mintavételi gyakoriság Szabadon választott Védelmek, fogy.mérés: 80 mintavétel periódusonként Energiaminőség: 256 mintavétel periódusonként Dataset tartalma Konfigurálható 3F I + I0, érték, minőség 3F U + U0, érték, minőség Időszinkron Nincs definiálva Optical pulse per second (1PPS) June 16, 2014 Slide 6
Process Bus IEC 61850 alállomási-, mező- és folyamat szinten Állomási szint IEC 61850 station bus Mező szint IEC 61850-9-2 process bus Folyamat szint June 16, 2014 Slide 7 MU MU MU NCIT MU = merging unit NCIT = non-conventional instrument transformer A station bus kapcsolja össze az egyes IED-ket az irányítástechnikai rendszerrel. A mező- és alállomási szint között biztosítja az adatcserét, valamint mező szinten az egyes IED-k között is (GOOSE) A process bus a folyamatot kapcsolja össze a mező szinttel A kétállapotú jelek GOOSE táviratban közlekednek a MU-ok és az IED-k között, IEC61850-8-1 A mintavételezett analóg jelek Etherneten, az IEC 61850-9-2 szerint közlekednek Implementáció az UCAIug IEC 61850-9-2LE alapján.
Process Bus Helyükre kerülnek a 61850 logical node-ok Station Bus PTOC PDIS PDIS Védelmi IED PTOC PDIS PDIS Védelmi IED PTRC PTRC TVTR TCTR XCBR Process Bus-szal Merging Unit IED Huzalozott TVTR TCTR XCBR Megszakító IED 2 August 2012 Slide 8
Alkotóelemek NCIT, Merging Unit IEC 61850-9-2 IEC 61850-9-2 NCIT MU SAMU June 16, 2014 Slide 9 MU NCIT-hoz NCIT: Non-convential Instrument Transformer: nem hagyományos mérőváltó pl. Rogowski-tekercs, kapacitív feszültségosztó, optikai áramszenzor Az MU az adott típusú NCIT-hez készül. A 9-2 kimeneten ismert a dinamikus viselkedése MU hagyományos mérőváltókhoz ÁV/FV-hez való interfésszel (SAMU*) Bármilyen szabványos ÁV/FVhoz csatlakoztatható A tranziens viselkedése nincs még definiálva a 9-2 kimeneten *SAMU: stand-alone merging unit (Az IEC 61869-13 szabvány foglalkozik majd velük)
Standardization and interoperability Dynamic behavior Conventional Classes TPX, TPY, TPZ IEC60044/IEC61869 Current transformer Principle: magnetic Protection device Sampling A/D conversion Filtering Internal data exchange Protection algorithm NCIT with related merging unit Current transformer Principle: magnetic, optical, etc. Merging unit Sampling A/D conversion Filtering Transmission of values: IEC61850-9-2 Protection device Protection algorithm Independent transformer and merging unit Current transformer Principle: magnetic Stand alone MU Sampling A/D conversion Filtering Transmission of values: IEC61850-9-2 Protection device Protection algorithm June 16, 2014 Slide 10 Transient / dynamic behavior is not standardized Standard IEC 61869-13 under preparation by IEC technical committee TC38
Alkotóelemek Optikai áramszenzor (FOCS) Faraday-effektus FOCS: Fiber Optic Current Sensor A mágneses indukció a vezetőt körülvevő optikai szálban lévő polarizált fényben ϕ fáziseltolódást okoz ϕ az áramerősséggel arányos June 16, 2014 Slide 11
Üzembe helyezés és ellenőrzés A szoftver leváltja a multimétert ITT600: Integrated Testing Tool A Process Bus forgalmának, megjelenítése, kiértékelése Oszcilloszkóp-nézet Fazorábra IEC 61850-9-2 Merging unit Quality information of all values Online és offline analysis ABB Network Management Forum 16. Juni 2014 Slide 12
Üzembe helyezés és ellenőrzés Kicsöngetés Védelem Mezővez. Az IED-k fejlett önellenőrzése egyszerűsíti az ellenőrzést, a hibákat képesek önműködően jelezni. IEC 61850-9-2LE Védelmek nyomatása Nem hagyományos nyomatás Szekunder nyomatás MU MU 9-2 szimulátor IEC 61850-9-2 LE forgalom szimulálása szekunder nyomatás helyett. Teszt üzemmódok U, I szimulálásához NCIT, Merging unit NCIT Primer nyomatás Stabilitás és irány ellenőrzéshez Primer nyomatás
Alkalmazási tapasztalatok: Process Bus, NCIT Főbb mérföldkövek Pilot telepítés Braemar, AU GIS NCIT, Relion 670 Pilot telepítés Laufenburg, CH GIS NCIT, Relion 670, REB500 Pilot telepítés Bäsna, SE FOCS NCIT, Relion 670 Teljes projekt Loganlea, AU GIS NCIT, Relion670, REB500 Pilot telepítés Nehden, DE 3rd party NCIT, REB500 Pilot telepítés Bickigen, CH GIS NCIT, Relion670, 3rd party Pilot telepítés Bodelwyd., UK GIS NCIT, Relion670 5 újabb teljes projekt., AU GIS NCIT, Relion670, REB500 2009 2010 2011 2012 2013, 2014 June 16, 2014 Slide 14
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Powerlink, Ausztrália Powerlink birtokolja és üzemelteti Queensland átviteli hálózatát Átviteli hálózata Cairns-től Új-Dél- Wales határáig nyúlik, 1700km hosszan, a keleti part északi felét behálózva. A Powerlink úttörő a legkorszerűbb műszaki megoldások alkalmazása területén. 6/16/2014 Slide 15
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Teljes Process Bus és NCIT rendszer Az első álállomásokat 1998 és 2001 között helyezte üzembe az ABB és a Powerlink NCIT és ős-process bus alkalmazásával A hálózaton több, mint 300 db NCIT üzemel, 12 év alatt egy sem hibásodott meg. Feladat: szekunder rekonstrukció IEC 61850 szerint és Process Bus-szal June 16, 2014 Slide 16
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Teljes Process Bus és NCIT rendszer Loganlea 275kV alállomás szekunder rekonstrukció Bővítés IEC 61850-9-2LE rendszerre a primer készülékek megtartása mellett. Fő funkciók: Vezérlés Távolságvédelmek Szakaszvédelmek Transzformátorvédelmek MB-védelem Üzembe helyezve 2011 decemberében June 16, 2014 Slide 17
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Áttekintő rendszervázlat Station bus Process bus ABB June 16, 2014 Slide 18
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea NCIT: ELK-CP áramszenzorok ELK-CP14 Névleges adatok: 100 4000A 175 300 kv/ 3 ELK-CP3 Névleges adatok: 100 4000A 330 550 kv/ 3 ELK-CP típusú NCIT áramszenzorok: Redundáns, kombinált áram- és feszültségszenzor. Áram: Rogowski-tekercs Feszültség: kapacitív feszültségosztó Redundáns elektronika, amely kalibrációt nem igényel és üzem alatt cserélhető Konfigurálható áttétel, amely nem igényli a tekercs cseréjét és a gáztér megbontását Megfelel a védelmi és mérési követelményeknek is 6/16/2014 Slide 19
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea CP-MU merging unit A világ első UCA-tanúsítványával rendelkező merging unitja IEC 61850-9-2LE-kompatibilis ELK-CP14/ ELK-CP3 interfész 3db 3F méréshez. Több beépített Ethernet port, amelyek segítségével elkerülhető további switch-ek alkalmazása 6/16/2014 Slide 20
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Védelmek és mezővezérlők Relion 670 sorozat IEC 61850-9-2LE támogatással: Mezővezérlő Távolsági védelem Szakaszvédelem REC670 REL670 RED670 Transzformátorvédelem RET670 REB500 decentralizált gyűjtősínvédelem, IEC 61850-9-2LE támogatással 6/16/2014 Slide 21
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Teljesen redundáns rendszer System 1 System 2 Védelem Fogy.mérés Fogy.mérés Védelem és mezővezérlés IEC 61850-9-2LE IEC 61850-9-2LE PPL PPL 6/16/2014 Slide 22 Rendszer 1 Rendszer 2
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Process Bus, Ethernet switch-ek nélkül Egyszerűsített rendszervázlat: C01-A10 C01-A30 1 2 1 2 1 2 1 2 CP-MU Main 1 CP-MU Main 2 REC670 Control C01-A10 RED670 PDIF Main 1 REB500 RBRF Main 1 RED670 PDIF Main 2 REB500 RBRF Main 2 A megoldás megbízhatóságának záloga: Két teljesen független process bus és védelmi rendszer az NCIT-tól az IED-kig. A komponensek számának csökkentése az Ethernet switch-ek használatának mellőzésével. Nincsenek a különböző mezők között megosztott eszközök 6/16/2014 Slide 23
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Időszinkron A MU-k Time Masterként is működnek 1 2 Time master CP-MUP Main 1 1PPS Conventional current REB500 central unit RET670 PDIF Main 1 Alállomási rendszerek tervezésénél az alkotóelemek közötti kölcsönös függőségek minimalizálására kell törekedni A rendszer felépítése lehetővé teszik a pontos időszinkront GPS alkalmazása nélkül Az analóg értékek mintavételezése az állomási időszinkrontól független REB500 bay unit 1 2 9-2LE 1PPS Time master 1 2 9-2LE Time master 1PPS IEC 61850-9-2LE definiálja az 1PPS (1 pulse per second) impulzust a mintavételezés szinkronozásához Az 1PPS független az állomási időszinkrontól 6/16/2014 Slide 24
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Képek I./II. 6/16/2014 Slide 25
Alkalmazási tapasztalat - Loganlea Képek II./II. 6/16/2014 Slide 26
Középfeszültségű alkalmazás UniGear Digital Process Bus kicsiben Rövidebb szállítási határidő, egyszerűbb gyártás Egyszerűbb kiválasztás, nem kell az ÁV/FV méretezést számolni Egyszerűbb üzembe helyezés, kevesebb vezeték, körvezeték Nagyobb megbízhatóság, a kevesebb, de intelligensebb alkatrésznek köszönhetően (Kiterjedt önellenőrzés) Nagyobb biztonság a hagyományos ÁV és FV körök elhagyása miatt Kisebb helyigény, a kombiszenzoroknak köszönhetően ABB June 16, 2014 Slide 27
Középfeszültségű alkalmazások NCIT-k és process bus Közös Ethernet-hálózat Station bus (IEC 61850-8-1), process bus (IEC 61850-9-2 LE) és IEEE 1588 v2 időszinkron Kombiszenzorok ÁV/FV helyett GOOSE GOOSE SMV GOOSE SMV GOOSE SMV GOOSE SMV GOOSE SMV GOOSE IEC61850 kommunikáció: IEC 61850 a kezelői munkahely felé Reteszelés, leágazások közti horizontális kommunikáció IEC 61850 GOOSE táviratokkal Az IED-k (Relion 615) MU-ként működnek, a mért feszültségeket képesek megosztani a process bus-on, amit más készülékek felhasználhatnak IEC 61850-9-2 gyűjtősín feszültség körvezeték ABB June 16, 2014 Slide 28