Automatyka spotyka energetykę, czyli niezawodne zasilanie

Spis treści

Stacje elektroenergetyczne to technicznie rozbudowane obiekty, które w systemie energetycznym odpowiadają za rozdzielanie energii elektrycznej albo jej przetwarzanie, czyli podwyższanie lub obniżanie napięcia albo przekształcanie prądu przemiennego w stały lub odwrotnie. Mogą też równocześnie realizować obydwie funkcje.

W zależności od funkcji, jaką pełnią, wyróżnia się m.in. stacje: rozdzielcze, transformatorowe, prostownikowe, przekształtnikowe oraz transformatorowo-rozdzielcze. Dzieli się je również na podstawie napięcia strony wejściowej m.in. na stacje: najwyższych napięć NN (220÷750 kV), wysokich napięć WN (110 kV) oraz średnich napięć SN (6÷30 kV). Stacje NN/WN nazywane są głównymi punktami zasilającymi (GPZ), natomiast stacje WN/SN - punktami zasilającymi (PZ). Jako kryterium podziału stosuje się też cechy konstrukcyjne.

Jeśli wszystkie urządzenia znajdują się w budynku, stację zalicza się do grupy wnętrzowych. W stacjach napowietrznych większość wyposażenia jest zainstalowana na wolnympowietrzu. Ze względu na rodzaj izolacji wyróżnia się stacje elektroenergetyczne z izolacją: próżniową, gazową z SF6, powietrzną lub stałą. Stacje są bezobsługowe albo nadzorowane zdalnie. Ich pracą może również sterować personel na miejscu.

Systemy sterowania i nadzoru - przykłady

Ex-LHV - system sterowania i monitoringu stacji elektroenergetycznych NN, WN i SN
Składa się on z podsystemu nadzoru i sterowania stacją z funkcjami blokad logicznych i rejestracji zakłóceń oraz podsystemu nadzoru zabezpieczeń.

Hierarchiczny, rozproszony. Na poziomie pola wykorzystuje stacje telemechaniki Ex-MST2_L albo Ex-micro2 i/albo zabezpieczenia cyfrowe, na poziomie stacji koncentrator Ex-MST2_E, a na poziomie centrum nadzoru lokalne i/lub zdalne systemy dyspozytorskie WindEx i inne.

Funkcje i cechy: sygnalizacja i wizualizacja stanu urządzeń stacji i sterowanie nimi (m.in. proste, wybór banku nastaw, sekwencyjne ukierunkowane na pole), wykrywanie nieprawidłowości, alarmy, zapis zdarzeń w bazie danych, blokady logiczne, kontrolowanie dostępu (uprawnienia dla terminalu albo użytkownika identyfikowanego kartą elektroniczną), modułowy, redundantne: moduły, tory łączności i funkcje, obsługa urządzeń różnych producentów używających różnych mediów (światłowody, RS232, RS485, sieć Ethernet) i protokołów transmisji (IEC60870, DNP 3.0, LON).
System sterowania i nadzoru stacji elektroenergetycznych Sprecon-E
Komponenty: centralny system sterowania Sprecon- V460, Sprecon-E-C - wielofunkcyjne urządzenia do automatyki i zdalnego sterowania, Sprecon-E-T3 - kompaktowe urządzenia do automatyki i zdalnego sterowania, zabezpieczenia i urządzenia łączące funkcje zabezpieczeń i sterowników Sprecon- E-P.

Funkcje i cechy: sieć lokalna zgodna z IEC 61850 i/lub IEC 60870-5-104 lub połączenie szeregowe przez IEC 60870-5-101/-103 albo DNP 3.0, topologia ringu ze switchem optycznym lub gwiazdy, możliwość konfiguracji funkcji automatyki (funkcjonalny schemat blokowy zgodny z IEC 61131-3 lub sekwencyjny schemat funkcjonalny), moduły programowe funkcji m.in.: zabezpieczenia, wykrywanie i lokalizacja doziemień, regulacja napięcia, kontrola synchronizmu, SPZ, SZR, komunikacja z nadrzędnym poziomem sterowania przez IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104, IEC 61850, DNP 3.0 albo protokoły firmowe.
Wyposażenie stacji elektroenergetycznej obejmuje linie doprowadzające wysokie napięcie, jego rozdzielnię, transformatory, które przetwarzają WN na średnie, rozdzielnię średniego napięcia, systemy telemechaniczne oraz ewentualnie dyspozytornię. Jej nieodzownym elementem są także łączniki elektryczne różnego rodzaju.

Są to m.in.: wyłączniki, które wyłączają i załączają prądy robocze i zakłóceniowe (zwarciowe), odłączniki, które tworzą przerwy izolacyjne, służące do otwierania oraz zamykania obwodów w stanie bezprądowym, rozłączniki wyłączające oraz załączające prądy robocze w zakresie swojego znamionowego prądu ciągłego, bezpieczniki, które chronią urządzenia energetyczne przed zwarciami i przeciążeniami, zwierniki i uziemniki uziemiające tory prądowe wcześniej odłączone od źródła napięcia.

Te ostatnie używane są w celu zapewnienia bezpieczeństwa personelowi usuwającemu awarie i przeprowadzającemu konserwację. Aparatura łączeniowa to najliczniejszy element wyposażenia stacji elektroenergetycznych. Częścią tych obiektów są także instalacje pomocnicze, które odpowiadają za realizację potrzeb własnych stacji. Przykładem są systemy oświetlenia i wentylacja.

Modele wymiany danych w IEC 61850

Norma IEC 61850 określa abstrakcyjny sposób komunikacji pomiędzy urządzeniami automatyki stacji elektroenergetycznych a systemami ich sterowania i nadzoru. W modelach tych zdefiniowano typy danych oraz sposób ich wymiany. Ta ostatnia odbywa się na zasadach klient-serwer albo wydawca-subskrybent.

W ramach pierwszej zdefiniowano usługi między innymi: przesyłania plików, raportowania, wysyłania logów, sterowania i edycji nastaw. W modelu wydawca-subskrybent z kolei określono mechanizmy szybkiej wymiany pomiędzy polami informacji zorientowanych obiektowo GOOSE (General Object Oriented Substation Event) i dwustanowych GSSE (General Substation State Event).

Komunikacja w modelu klient-serwer wymaga nawiązania połączenia pomiędzy urządzeniami. Wtedy klient pobiera model danych serwera i może zrealizować zaimplementowane w danym urządzeniu abstrakcyjne usługi komunikacyjne. Model wydawca-subskrybent pozwala natomiast na szybką wymianę krótkich informacji. Komunikacja w tym przypadku ma charakter rozgłoszeniowy.

PRZYKŁAD ZABURZEŃ - ZWARCIA

Normalne funkcjonowanie stacji elektroenergetycznych mogą przerywać różnego typu zaburzenia. Jednym z najniebezpieczniejszych są zwarcia. Dochodzi do nich, jeżeli dwa albo większa liczba punktów w systemie połączą się ze sobą albo z ziemią. Przyczyn tego stanu może być wiele. Przykładowe powody to: przepięcia atmosferyczne lub te wywołane czynnościami łączeniowymi, uszkodzenia izolacji oraz wady, uszkodzenia albo awarie urządzeń.

Zwarcia mogą mieć różny charakter. Na tej podstawie rozróżnia się zwarcia symetryczne (trójfazowe) lub niesymetryczne (jednofazowe, dwufazowe), są też zanikające samoistnie lub trwałe.

Najgroźniejsze są zwarcia, w czasie których natężenia prądów kilkanaście razy przekraczają wartości prądów znamionowych wyposażenia stacji. Do ich najgorszych skutków zalicza się przegrzewanie się kabli i urządzeń, przyspieszające starzenie się ich izolacji, zagrożenie porażeniem i zaburzenia elektromagnetyczne.

Zaburzeniom, takim jak zwarcia, powinno się zapobiegać. Jeżeli już jednak wystąpią, powinno się je wykryć, potem wyeliminować, a następnie przywrócić stację do normalnego stanu pracy. Większość z tych zadań jest zautomatyzowana.

AUTOMATYKA W STACJACH ELEKTROENERGETYCZNYCH

Dzięki automatyzacji skuteczniej można zapobiegać awariom w stacjach, a w efekcie nieplanowanym przerwom dostaw prądu. W sytuacjach, które wymagają podjęcia szybkiej decyzji, systemy automatyki reagują bowiem szybciej i niezawodniej od najlepiej wyszkolonego personelu.

Automatykę w stacjach elektroenergetycznych można podzielić na kilka grup. Do zadań pierwszej, zabezpieczeniowej, należy przeciwdziałanie i reagowanie na sytuacje awaryjne. Zadaniem automatyki systemowej jest monitorowanie i dostosowywanie parametrów pracy sieci do zmiennych warunków. Ponadto automatyzuje się zadania w zakresie działania samej stacji elektroenergetycznej, na przykład instalacji potrzeb własnych. Za to odpowiada automatyka pomocnicza.

Dalej przedstawiamy zadania oraz przykłady realizacji automatyki zabezpieczeniowej i systemowej. Z powodu różnorodności zadań do spełnienia tę pierwszą podzielono na: prewencyjną, eliminacyjną oraz restytucyjną, natomiast automatykę systemową na m.in.: prewencyjną i regulacyjną.

Z jakich części składa się IEC 61850?

Norma IEC 61850 to kilka dokumentów. Pierwszy z nich, IEC 61850-1, to wprowadzenie. Część druga to słownik stosowanych pojęć. IEC 61850-3 zawiera ogólne wymagania, natomiast tematem czwartej części jest zarządzanie systemem oraz projektem. W kolejnej części zebrano wymagania komunikacyjne dla modeli funkcji i urządzeń.

W części o numerze sześć scharakteryzowano język opisu konfiguracji dotyczącej komunikacji. IEC 61850-7 ma tytuł: Podstawowa struktura komunikacji dla elementów podstacji, w tym zasady ogólne, opis interfejsów, opis klas danych i zasady kompatybilności klas.

W częściach ósmej i dziewiątej przedstawiono powiązania z ISO/IEC 9506-1, ISO/IEC 9506-2 i ISO/IEC 8802-3. Tematem części dziesiątej, ostatniej, są zasady testowania zgodności z tą normą.

Spis treści