Prípadová štúdia s rozvodňou 110/10 kV s centralizovanou ochranou, automatizáciou a riadiacim systémom

Studium Elektrikář pro silnoproud (Apríl 2019).

Anonim

Centrálna ochrana a riadenie rozvodne

Centrálna ochrana a riadenie rozvodne sa v minulosti pokúšala na základe dostupnej technológie. Tento vývoj je teraz na priesečníku senzorických, ochranných a komunikačných technológií a poskytuje jedinečnú príležitosť na vytvorenie spoľahlivejšieho a udržateľnejšieho systému CPC.

Prípadová štúdia s rozvodňou 110/10 kV s centralizovanou ochranou a riadením (na fotografii: uzavretá elektrická rozvodňa Altai 110/10/6 kV, kredit: inform.kz)

Tento článok sa zaoberá softvérovým subsystémom na ochranu, automatizáciu a riadenie (PACS), iSAS vyvinutom spoločnosťou LYSIS LLC v Rusku, ktorá bola v tom čase v skúšobnej prevádzke v 110/10 kV "olympijskej" rozvodni v meste Surgut na severozápade Sibíri.

Filozofia iSAS je založená na implementácii prvkov funkcie PAC podľa logických uzlov IEC 61850 (LN).

Štruktúra PACS olympijskej rozvodne 110/10 kV v severozápadnej Sibíri, Rusko (kliknutím rozbaľte)

Softvérové ​​moduly boli vyvinuté nezávisle od konkrétneho hardvéru a mohli by byť umiestnené v špecializovaných IED, rovnako ako v jednom výkonnom počítači. Keď sú softvérové ​​moduly umiestnené v tom istom zariadení, navzájom sa navzájom ovplyvňujú prostredníctvom jadra softvéru iSAS cez svoje vnútorné mechanizmy.

Ak sú však distribuované medzi rôznymi zariadeniami, potom využívajú komunikačné služby procesov a / alebo staníc zbernice .

Rozhodnutie o prideľovaní funkcií závisí od konkrétnych požiadaviek na projekt a výkonov dostupnej spotreby hardvéru a zdrojov softvérovými modulmi. Súlad s informačným modelom a konfiguračným jazykom IEC 61850 (SCL) bol jednou z hlavných priorít projektu.

Prehľad projektu iSAS

Systém iSAS sa implementuje v systéme PAC pre pilotný projekt 110/10 kV pre jednu ruskú distribučnú sústavu - Tumenenergo. Projekt je úplne riadený a implementovaný vývojárom softvéru iSAS - LYSIS LLC.

Projekt má tieto ciele:

  1. Hľadajte optimálnu systémovú architektúru, metódy a prístupy pre správu životného cyklu iSAS,
  2. Výskum a analýza charakteristík a správania systému v reálnych podmienkach,
  3. Poskytnúť technickú a ekonomickú analýzu vo všetkých fázach životného cyklu systému, ako aj porovnanie s konvenčnými systémami s podobnou funkčnosťou,
  4. Vykonajte analýzu spoľahlivosti a porovnanie so systémom s konvenčnou architektúrou,
  5. Vyčíslite výhody a nevýhody systému PACS spolu s vhodnosťou pre DSO rozšíriť takúto skúsenosť široko.

Vybraná olympijská rozvodňa 110/10 kV pre pilotnú implementáciu centralizovaného digitálneho systému PAC obsahuje dva výkonové transformátory, dve prichádzajúce 110 kV nadzemné vedenia a 40 napájacích zdrojov napojených na štyri zbernice 10 kV.

Digitálny softvérový PACS implementovaný v projekte musí vykonávať plnú funkčnosť ochranných, riadiacich a meracích systémov pre celú rozvodňu podľa regulačných noriem a požiadaviek zákazníka.

Podľa zmluvy má projekt 5 fáz:

  1. dizajn,
  2. Obstarávanie, inštalácia a testovanie,
  3. Skúšobná prevádzka systému na jeden rok,
  4. Analýza požiadaviek, pravidiel a noriem regulátorov a navrhovanie zmien v týchto dokumentoch na homologizáciu softvérových systémov PAC na ruskom trhu a
  5. Certifikácia metódy merania systémov založených na procesných zberniciach s oddelenými meraniami (procesné rozhrania, PID) a výpočtové (IED) časti.

V tom čase spoločnosť LYSYS LLC dokončila fázy návrhu, obstarávania, inštalácie a testovania a systém bol zaradený do skúšobnej prevádzky. Fázy 4 a 5 boli dokončené do konca roka 2015.

1. Subsystém ochrany

Jednoduchá schéma rozvodne je znázornená na obrázku 1.

Obrázok 1 - Jednoduchá schéma olympijskej rozvodne 110 kV (kliknutím rozbaľte SLD)

Ochrana a súvisiace automatizácie dvoch 110 kV elektrických vedení obsahujú nasledujúce funkcie:

  • Line Differential Protection (87L) obsahuje zariadenie na vzdialenom termináli,
  • Tri stupne ochrany vzdialenosti (21P),
  • Štyri stupne zemnej (nadzemnej) ochrany proti nadprúdu (51N),
  • Okamžitá ochrana nadproudu od fázy do fázy (50P),
  • Automatické opätovné zatvorenie (79) a
  • Ochrana proti poruche pri poruche (50BF).

Zbernice s rozmermi 110 kV sú chránené funkciou Ochrana rozdielov (87B).

110/10 kV Ochrana transformátora a automatika obsahuje nasledujúce funkcie:

  • Transformátorová diferenciálna ochrana (87T),
  • Ochrana proti preťaženiu transformátora (51),
  • Časová ochrana proti nadprúdu (51P),
  • Časová ochrana nadprúdovej ochrany (51P) a
  • Automatizovaný regulátor napätia.

10 kV strana transformátorov pripojených zberníc a napájacích zariadení sú vybavené:

  • Dvojstupňová ochrana proti nadprúdu (51P),
  • Ochrana proti poruche pri poruche (50BF),
  • Zablokovanie nadprúdovej ochrany prípojnice,
  • Automatické zatváranie Bus-tie Breaker,
  • V časti Sťahovanie zaťaženia frekvenciou a
  • V rámci obnovenia frekvenčného zaťaženia.

2. Riadiaci subsystém

Riadiaci subsystém je spojený s činnosťou operátora. Zameriava sa na monitorovanie a kontrolu primárneho zariadenia a procesov . Systém obsahuje nasledujúce funkcie a možnosti:

  • Riadenie a stavové monitorovanie všetkých motorizovaných spínacích prístrojov, ako sú odpojovače, uzemňovacie spínače a ističe,
  • Poskytovanie jedno- a dvojstupňových (výber pred použitím) riadiacich modelov,
  • Automatické vykonávanie preddefinovaných sekvencií operatívnych akcií,
  • Zhromažďovanie analógových a diskrétnych údajov primárneho zariadenia a parametrov procesu a ich vizuálne zobrazenie na HMI,
  • Prístup, vyhľadávanie a vizuálne zobrazenie archivovaných údajov vrátane zoznamov alarmov a udalostí,
  • Blokovanie úrovne záťaže a rozvodne,
  • Ručné ovládanie meniča transformátora a
  • Diaľkové ovládanie systémových parametrov, ako sú nastavenia algoritmov ochrany a riadenia.

Všetky vyššie uvedené riadiace funkcie sú prístupné operátorovi prostredníctvom lokálnych HMI a tiež prostredníctvom lokálneho a vzdialeného SCADA pomocou virtuálnej telekontrolnej brány poskytovanej softvérom iSAS.

3. Systém merania príjmov

Systém merania príjmov bol implementovaný v súlade s pravidlami trhu s energiou a obsahuje nasledujúce funkcie:

  • Aktívneho merania energie a výkonu,
  • Reaktívna energia a meranie výkonu,
  • Energia a výkon sa merajú v smere dopredu aj v opačnom smere,
  • Uchovávanie energie a napájania v 30 minútových profiloch až na 150 dní a
  • Integrácia systému do existujúceho systému merania a fakturácie v rámci DSO.

4. Subsystém monitorovania a zaznamenávania

Monitorovací a záznamový subsystém sa skladá z dvoch komponentov - správa alarmov a udalostí (AEM) a prechodné zaznamenávanie . AEM umožňuje detekciu alarmového stavu sledovaných parametrov a tvorí záznam v zoznamoch alarmov a udalostí a archívoch.

Detekcia stavu alarmu je založená na vopred definovanej konfigurácii, ktorá obsahuje logickú schému a podmienky aktivácie .

Napríklad otvorená poloha ističa vygeneruje alarm, ak nie je výsledkom činnosti operátora. Je potrebné monitorovať signál, ktorý viedol k otvoreniu spínacieho prístroja, aby sa uviedla príčina otvoreného stavu ističa. Možné prípady sú zobrazené ako logický výraz, ktorý určuje, či sa má stať stav udalosti.

Niektoré osobné LN boli vyvinuté na modelovanie funkcií AEM podľa IEC 61850. Správy o alarmoch a udalostiach sú zaznamenávané a prístupné štandardnou službou protokolov IEC 61850.

Funkcia zapisovača porúch je schopná zaznamenávať prúdy, napätia, štartovacie a vypínacie signály, stav primárneho zariadenia a prevádzkové parametre atď. Je možné zaregistrovať ako okamžité okamžité hodnoty, ako aj odvodené vypočítané parametre, ako sú hodnoty RMS. Výkonnosť a rozlíšenie funkcie nahrávania stačí na zaznamenávanie prechodných procesov, ako sú skraty na monitorovanom zariadení.

Takisto sa zaznamenávajú toky dát IEC 61850- 9-2 LE Vzorkované hodnoty (80 vzoriek / cyklus a 256 vzoriek / cyklus). Funkcia umožňuje prístup k záznamom vo formáte COMTRADE podľa IEC 60255-24: 2013 / IEEE Std. C37.111-2013 . Rekordér pokrýva všetky kontrolné body, ktoré sú k dispozícii v GOOSE a vzorkovaných hodnotách v rozvodni.

Formát COMTRADE bol navyše rozšírený, aby umožnil ukladanie kvalitných informácií podľa atribútov údajov IEC 61850.

5. Funkcia lokátora poruchy

Táto funkcia detekuje poruchy na oboch 110 kV elektrických vedeniach . Jednorazové merania sa používajú s cieľovou chybou menej ako 5% dĺžky čiary.

6. Funkcia monitorovania kvality napájania

Monitorovanie a analýza kvality elektrickej energie sú v súlade s medzinárodnými normami IEC 61000-4-30 a IEC 61000-4-7, aj keď existujú určité rozdiely. Monitorovanie kvality elektrickej energie sa vykonáva v rámci všetkých štyroch žľabov systému 10 kV, aby vyhovovali požiadavkám projektu.

Systém PAC poskytuje nasledujúce parametre:

  • Frekvenčná odchýlka,
  • Pozitívne a negatívne odchýlky napätia,
  • Ustálená odchýlka napätia,
  • Napätie, prerušenie a prerušenie napätia,
  • Prúdové a napäťové harmonické až do 50. poradia,
  • Celkové harmonické skreslenie podskupín (až do 50. poradia) pre napätie a prúd,
  • Skupinové interm harmonické skreslenie (do 50. poradia) pre napätie a prúd,
  • Ústredné celkové inter-harmonické skreslenie (do 50. poradia) pre napätie a prúd,
  • RMS harmonické komponenty (až do 50. poradia) pre prúd a napätie,
  • RMS harmonická podskupina (až do 50. poradia) pre prúd a napätie,
  • RMS interharmonic group (až do 50. poradia) pre prúd a napätie,
  • RMS interharmonic centralizovaná podskupina (až do 50. poradia) pre prúd a napätie,
  • Pozitívne, negatívne a nulové sekvencie,
  • Faktor nevyváženosti napätia nulovej sekvencie,
  • Faktor nevyváženosti napätia vylučujúcej sekvencie a
  • Napájanie sekvencií

Softvérová architektúra PAC systému

Jadrom navrhnutého programu PACS je softvérový balík iSAS, ktorý umožňuje slobodu rozhodovať o tom, kde a ako umiestniť konkrétnu funkciu. Systém iSAS nezávisí od použitého hardvéru a poskytuje voľnosť prideľovania funkčných modulov medzi dostupnými výpočtovými platformami.

Preto je logická štruktúra systému nezávislá od jeho fyzickej realizácie a obe sú harmonizované podľa vlastných pravidiel vzhľadom na ich vlastné požiadavky .

Bol vykonaný optimalizačný výskum na definovanie najvhodnejšej a najpôsobivejšej fyzickej štruktúry systému pre túto konkrétnu rozvodňu. Optimalizačný postup bol použitý na postupné približovanie požadovaných hodnôt metrík kvality systému, počnúc najjednoduchšou a najlacnejšou štruktúrou, ktorá zabezpečuje funkčnosť systému v požadovanej funkčnosti s využitím iteračného prístupu.

Najjednoduchší systém znamená:

  1. Žiadna nadbytočnosť,
  2. Maximálna koncentrácia funkcií v jednom hardvéri,
  3. Žiadna periodická kontrola a testovanie a
  4. Žiadna diagnostika.

Pri každom ďalšom kroku optimalizačného algoritmu sa pridá jedno opatrenie zlepšenia. Opatrenie na zlepšenie je vybrané zo zoznamu, ktorý bol zoradený nákladovou efektívnosťou. Na začiatku sa používajú opatrenia s najvyšším stupňom účinnosti. Funkcie PAC, dostupnosť a maximálna dostupná rýchlosť opravy boli použité ako metriky kvality systému. Normatívne hodnoty systémových metrík boli prevzaté z konvenčného systému PAC tej istej rozvodne.

Požiadavky zákazníka, ako napríklad umiestňovanie merania výnosov a funkčnosti PQ na vyhradený server so samostatným kabinetom, boli brané do úvahy. Optimalizačné štúdie vyústili do štruktúry systému znázornenej na obrázku 1 vyššie.

Referencia // Centrálna ochrana a riadenie rozvodne - výbor IEEE PES / vysielací systém (správa pracovnej skupiny K15 podvýboru na ochranu rozvodne)

Súvisiace elektrické vodítka a články

VYHĽADÁVANIE: Články, softvér a sprievodcovia