Применение стандарта МЭК 61850-9-2

Обмен данными

Концерн АББ осуществляет первое коммерческое применение стандарта для шин обработки данных МЭК 61850-9-2

СТЕФАН МАЙЕР - Введение стандарта МЭК 61850 - важный шаг вперёд на пути автоматизации подстанции, и этот процесс продолжает идти. Одним из примеров может служить применение подраздела стандарта МЭК 61850-9-2 для обмена выборочными аналоговыми значениями с использованием технологии Ethernet. Интегрируя эту технологию в свои системы автоматизации подстанции, концерн АББ объединил более чем 10-летний опыт в производстве нетрадиционных измерительных трансформаторов тока и напряжения с последними коммуникационными технологиями. Теперь стало реальностью более эффективное подсоединение первичного (высоковольтного) оборудования к проверенной на практике защите подстанции АББ и устройствам управления. При этом повышается надёжность и работоспособность модернизированных подстанций. Сочетая эти жизненно важные технологии в первом в мире коммерческом применении МЭК 61850-9-2 LE, АББ модернизирует подстанцию, пущенную в эксплуатацию в 1999 году.

Концерн АББ, пионер в области NCIT1 и технологий шин обработки данных, приступил к пуску в эксплуатацию серии из шести открытых подстанций, оснащённых шинами обработки данных и NCIT в 1999 году. Подстанции с применением смешанных технологий, или «гибридные» подстанции, поставленные австралийскому поставщику коммунальных услуг, компании Powerlink Queensland, были основаны на интеллектуальной системе, работающей по принципу «включи и коммутируй», (plug-and-switch, iPASS). Электронные модули, встроенные в приводы автоматического выключателя, разъединителя и заземлителя модулей системы iPASS, могли осуществлять связь с помощью запатентованной оптической шины обработки данных. Кроме того, модули iPASS были оборудованы датчиком АББ ELK-CP для измерения напряжения и тока, также подсоединённым к шине обработки данных.

Публикация стандарта МЭК 61850 стала новой главой в описании функциональности и коммуникаций подстанции.

Шина обработки данных представляет собой коммуникационную сеть между первичным оборудованием (таким, как измерительные трансформаторы) и вторичным (таким, как IED2 защиты и управления) системы автоматизации подстанции. Эта оптическая коммуникационная сеть применяется для передачи аналоговых данных (например, замеров тока напряжения). Сеть может также использоваться для передачи двоичных данных (таких как показатели состояния распределительного устройства) и команд открытия и закрытия (чтобы управлять выключателями и разъединителями), но всё это не является частью текущего внедрения шин обработки данных. На сегодняшних традиционных подстанциях эта информация передаётся через многочисленные параллельные медные кабели. Использование оптоволоконных

сетей не только устраняет громоздкие медные кабели, но и увеличивает эксплуатационную безопасность, изолируя первичные процессы от вторичных рис. 1.

Датчики серии ELK-CP основаны на повторяющих друг друга поясах Роговского3 для измерения тока и двух независимых ёмкостных делителей для измерения напряжения. Поскольку это оборудование не содержит масла, оно и экологично, и безопасно. Полностью продублированный дизайн датчиков (включая соответствующую электронику) позволяет использовать две полностью независимые и параллельные защитные системы, повышая производительность вторичной системы. Поскольку электроника датчика может быть заменена независимо и без необходимости отключения всей защитной системы, ремонтные работы потребуют меньше времени и, так как не требуется обслуживать части, находящиеся под высоким напряжением, проведение таких работ станет значительно безопаснее рис. 2.

Специалисты концерна АББ установили свыше 300 таких электронных датчиков в подстанциях компании Powerlink. Примечательно, что в течение более чем десяти лет работы не произошло ни одного отказа первичных преобразователей. Основываясь на накопленных данных, было рассчитано, что среднее время между отказами (MTBF) электроники датчиков составляет почти 300 лет. Всё это доказывает чрезвычайно высокую надёжность и производительность датчиков, даже при эксплуатации в суровых климатических условиях Австралии.

Модернизация

Компания Powerlink начала осуществление проекта по модернизации, предусматривающего замену вторичного оборудования гибридных подстанций, включая специализированную электронику, подсоединяемую к шине обработки данных. Основным требованием данной модернизации является приведение оборудования в полное соответствие международным стандартам, в частности, внедрение шины обработки данных для выборочных аналоговых значений, соответствующей стандарту МЭК 61850-9-2 LE рис. 3.

Компания Powerlink присудила контракт на модернизацию первой подстанции iPASS концерну АББ. Этот проект представляет собой первое в мире коммерческое применение шины обработки данных, соответствующей стандарту МЭК 61850-9-2 LE. Внедрение такой шины уже идёт полным ходом.

1 Шина электростанции и обработки данных в подстанциях

Шина обработки данных, соответствующая стандарту МЭК 61850-9-2 LE

Опубликование международного стандарта МЭК 61850 стало новой главой в описании функциональности и коммуникаций подстанции. Впервые появился стандарт, поддерживающий подлинную совместимость между устройствами различных производителей, обладающий дизайном, соответствующим требованиям даже завтрашнего дня. Этот стандарт быстро завоевал признание на рынке4. Концерн АББ сыграл важную роль в создании стандарта и продолжает быть движущей силой в его поддержании и дальнейшем развитии. После осуществления первого в мире проекта с участием различных поставщиков в 2004 году, АББ продолжает поставлять более тысячи систем, оснащённых совместимой с МЭК 61850 шиной электростанции, приблизительно в 70 стран мира.

После успешного введения стандарта МЭК 61850 на уровне электростанции, его важность в горизонтальном обмене данными с использованием шины обработки данных быстро растёт. Дополняя возможность стандарта определять все необходимые обмены критическими по времени сигналами между процессом и устройствами подстанции, раздел 9-2 посвящён обмену выборочными аналоговыми данными через Ethernet.

3 Стандартизация характеристик неустановившегося напряжения и коммуникационных интерфейсов

2 Комбинированные NCIT тока и напряжения ELK-CP3 с шиной обработки данных МЭК 61850-9-2 LE

Стандарт МЭК 61850-9-2 требует, чтобы аналоговая выборка передавалась так называемыми объединяющими устройствами (MU). MU коррелирует и объединяет аналоговые данные, поступающие от отдельных фаз или точек измерений в подстанции прежде, чем передать их через Ethernet, откуда доступ к данным могут получать устройства защиты и управления. С внедрением CP-MUP, АББ стала первой компанией, предлагающей проверенное на соответствие и сертифицированное Агентством по стандартизации и сертификации (UCA) 5 объединяющее устройство.

Стандарт МЭК 61850-9-2 позволил осуществлять стандартизованный обмен сигналами от NCIT, поддерживая очевидные преимущества технологии NCIT, включающие самый высокий уровень точности по всему диапазону измерений, компактный дизайн и значительно повышенную безопасность по сравнению с традиционным оборудованием.

Чтобы облегчить внедрение раздела 9-2 и упростить его применение, Международная Группа Пользователей UCA разработала директиву по внедрению стандарта МЭК 61850-9-2. Директива предоставляет собой дополнительную информацию и параметры по внедрению стандарта. Этот документ обозначается как МЭК 61850-92 LE (сокращённая редакция) и является преобладающим среди всех сегодняшних применений раздела 9-2.

Поскольку объединяющие устройства NCIT создаются специально под конкретный тип NCIT, они формируют единый блок, который можно совместно разрабатывать и испытывать на соответствие типу, позволяя определять режим работы всей измерительной цепи на порте МЭК 61850.

Это отличает их от автономных объединяющих устройств (SAMU), взаимодействующих с традиционными CT 6 и VT 7. SAMU выбирают аналоговые сигналы и передают их на шину обработки данных. Преобразование аналоговых данных в цифровую выборку неизбежно влияет на переходные характеристики измерительной цепи. Этот динамический режим работы SAMU не регламентируется стандартом МЭК 61850. Работа в этом направлении проводится соответствующими техническими комитетами и рабочими группами МЭК и Международного совета по большим электрическим системам (CIGRE). Определение будет внесено в текст будущего международного стандарта для измерительных трансформаторов МЭК 61869 рис. 3.

Совершенствование проверенной на практике технологии датчиков с помощью самой современной шины обработки данных

В осуществлении проекта модернизации для компании Powerlink АББ, используя свой обширный опыт в области NCIT, заменит первоначально установленную запатентованную шину обработки данных на шину с применением технологий МЭК 61850. Новая система, совместимая со стандартом МЭК 61850, будет осуществлять процессы коммуникации как на общестанционном уровне, так и на уровне отдельных устройств.

Использование оптоволоконных сетей не только устраняет громоздкие медные кабели, но и увеличивает эксплуатационную безопасность.

Footnotes

1. Международная Группа Пользователей UCA является некоммерческой организацией, занимающейся оказанием помощи пользователям и продавцам в практическом применении стандартов в различных отраслях промышленности согласно соответствующим требованиям.
2. CT: трансформатор тока
3. VT: трансформатор напряжения

Концерн АББ сыграл важную роль в создании стандарта МЭК 61850 и продолжает быть движущей силой его дальнейшего развития.

В проекте Powerlink Queensland концерн АББ намеревается применить свою систему автоматизации подстанции SAS600, IED защиты и управления серии Relion® 670 и децентрализованную сборную шину REB500, а также устройства резервирования отказов выключателей. Все входящие в состав системы устройства защиты и управления будут подсоединены к шине обработки данных МЭК 61850-9-2 LE и будут получать выборочные аналоговые данные от объединяющих устройств АББ CP-MUP. MU будут взаимодействовать с существующим комбинированными датчиками тока и напряжения через новую электронную начинку датчика. Таким образом, можно свести к минимуму необходимые изменения в первичном оборудовании рис. 5. Система автоматизации подстанции для полуторной схемы коммутации, схожая с системой, использованной при модернизации вторичной системы в Австралии, изображена на рис. 4. Используя комбинированный дублирующий дизайн NCIT производства АББ, для удовлетворения дополнительных требований заказчика была применена вторая полностью независимая система объединяющих устройств и защитных IED.

Чтобы продемонстрировать пригодность компонентов и доказать верность концепций, которые будут использоваться в проекте Powerlink, были приняты дополнительные меры по проверке новой технологии.

Ряд экспериментальных установок, оснащённых NCIT и IED, соединённых с шиной обработки данных, был запущен в эксплуатацию с целью приобретения опыта в применении новой технологии в условиях работы настоящей подстанции. Среди этих установок был модернизированный фидер в одной из подстанций компании Powerlink на 275 кВ с новой электроникой датчика, объединяющими устройствами и защитными IED серии Relion® концерна АББ. Помимо помощи заказчикам в приобретении важного опыта и уверенности, экспериментальные установки также предоставили жизненно важную информацию о долгосрочной стабильности и рабочих режимах экспериментального оборудования по сравнению с традиционными или нетрадиционными устройствами.

4 Система автоматизации подстанции для распределительных устройств с полуторной схемой коммутации с одной или двумя дублирующими системами защиты

Всё защитное и контрольно-измерительное оборудование АББ подвергается суровым проверочным испытаниям серийной продукции в собственном испытательном центре АББ, сертифицированном UCA 8. Кроме того, на испытательном полигоне концерна АББ была проведена проверка концепции проекта модернизации вторичной системы компании Powerlink при участии экспертов обеих компаний. Особое внимание было уделено поведению системы при различных сбоях.

Система сработала надёжно, в соответствии со спецификацией; ни при каких условиях не наблюдалось чрезмерной реакции или подачи неверных сигналов на отключение. Такие ошибочные сигналы, произойди они в реальной ситуации, могли привести к аварийному отключению электросети.

Во время моделирования различных возможных условий сбоев постоянное и тщательное наблюдение над всеми компонентами системы доказало свою важность в обеспечении возможности быстрой и точной идентификации ошибок. Непрерывное наблюдение со стороны системы решительно уменьшает потребность в периодических работах по техобслуживанию и чрезвычайно упрощает обслуживание, проводимое персоналом подстанции, благодаря указанию точного участка, на котором произошёл сбой.

Испытания и техническое обслуживание устройств с шиной обработки данных

Замена медных проводов на оптоволоконные кабели и описание передаваемой информации согласно стандарту МЭК 61850 открывают новые возможности для интеллектуальных инструментов тестирования, применяемых в целях технической поддержки при вводе в эксплуатацию и обслуживании систем автоматизации подстанции.

Концерн АББ оперативно представил на рынке интегрированный инструмент для тестирования ITT600 9, содержащий полный набор инструментов, помогающих пользователям извлечь максимальную выгоду из преимуществ применения стандарта МЭК 61850.

Примечание

8 См. также «Проверено и утверждено: АББ располагает своим собственным центром приёмочных испытаний» на страницах 23-28 «АББ Ревю»: Специальный отчёт по МЭК 61850.

5 Одна из подстанций АББ iPASS с трансформаторами NCIT

6 Анализатор АББ МЭК 61850-9-2

ITT600 уменьшает сложность лежащего в его основе стандарта МЭК 61850 и предоставляет персоналу, занятому в тестировании и обслуживании, чёткое визуальное изображение данных, имеющихся в системе. Например, ITT600 облегчает проверку соответствия установки описанию конфигурации станции (SCD) и помогает проанализировать связь между устройствами IED и общестанционной системой.

После начала внедрения шины обработки данных для выборочных аналоговых значений, к набору были добавлены соответствующие инструменты.

Всё защитное и контрольно-измерительное оборудование АББ подвергается суровым проверочным испытаниям серийной продукции в собственном испытательном центре АББ, сертифицированном UCA.

Это особенно важно в сценарии, при котором измерения производятся трансформаторами NCIT с помощью оптической связи с объединяющими устройствами. В такой ситуации все терминалы традиционных трансформаторов тока и напряжения окажутся устаревшими, и весь анализ будет проводиться в

сети МЭК 61850-9-2. Используя свой богатый опыт интеграции МЭК 61850 и разработки инструментов для тестирования, АББ разрабатывает многофункциональный анализатор для выборочных аналоговых значений рис. 6.

Преимущество анализа данных на шине обработки данных в сравнении с обычными измерениями тока и напряжения проявляется, когда нужно получить доступ к точкам измерения. Когда все значения доступны в сети шины обработки данных, больше нет необходимости получать доступ к находящимся под напряжением компонентам, производить короткое замыкание и открывать терминалы трансформатора тока. Соединяя порт Ethernet инструмента анализа с шиной обработки данных, или же непосредственно с объединяющим устройством, инженер по обслуживанию может легко получить доступ ко всем потокам выборочных значений. В отличие от анализа амперметром или вольтметром, анализатор 9-2 быстро отображает данные, которые ранее не были доступны напрямую. В их число входят отображения тока и напряжения сразу на всех фазах, векторные диаграммы и всесторонняя информация по переданным блокам данных. Эта последняя информация даёт важнейшее представление об исправности системы и может, например, указывать на то, что в настоящий момент какие-либо части системы подвергаются испытаниям.

Будущие тенденции

Используя весь потенциал концепции шины обработки данных и его определения в стандарте МЭК 61850, двоичные данные могут также передаваться через оптическую сеть связи между первичным процессом и IED защиты и управления. Помещая модули двоичного ввода и вывода близко к первичному процессу, можно убрать практически весь медный кабель, что, в свою очередь, даст дополнительные преимущества, такие как возможность электрически изолировать системы на уровнях процесса и устройств, а также непрерывный мониторинг всех сигналов.

Комбинируя самое современное применение стандарта МЭК 61850 на уровне как всей электростанции, так и на уровне процесса с обширным опытом в области технологии NCIT, АББ создаёт интеллектуальные, рассчитанные на требования завтрашнего дня предложения, чтобы удовлетворить спрос на более надёжные, эффективные и безопасные решения, максимально увеличивая преимущества и стоимость активов заказчика.

Стефан Майер

АББ, Системы для энергетики

Баден, Швейцария stefan.meier@ch.abb.com

Примечание

9 См. также: «В условиях испытаний: полный спектр программного обеспечения концерна АББ для проведения испытаний и пуска в эксплуатацию для систем автоматизации подстанций» на страницах 29-32 «АББ Ревю»: Специальный отчёт по МЭК 61850.

Ссылки

[1] CLEEN Ltd., Финский Центр Энергетики и Мониторинга окружающей среды. Информация взята 24 августа 2010 г с сайта http://www.deen.fi.

[2] Презентация Технологического Университета Лаппеенранта Информация взята 24 августа 2010 г. с сайта http://www.lut.fi/en/lut/introduction/.

[3] Luukko, J. 2000. Прямое управление крутящим моментом электродвигателей с вращающимся электромагнитным полем - анализ и внедрение. Диссертация, Технологический Университет Лаппеенранта.

[4] Ahonen, T., Tamminen, J., Ahola, J., Viholainen, J., Aranto, N., Kestila, J. 2010. Расчёт рабочего состояния насоса на основе моделирования. Конверсия и управление энергией, 51,

Примечание

1 Кавитация - это образование пузырьков газа из-за падения давления жидкости ниже давления водяного пара. Ударная волна, вызываемая быстрым разрушением таких пузырьков, может повредить поверхности.

Источник: AББ