Ett heltäckande koncept för smarta elnät i form av störningsanalysator och reläskydd

Transkript

1 dlaboratory making the grid smart Ett heltäckande koncept för smarta elnät i form av störningsanalysator och reläskydd Insikt i elnätets status är en viktig del för att upprätthålla ett elnät med hög leveranssäkerhet och bra elkvalité. dlaboratory erbjuder ett heltäckande koncept som både hanterar störningar i elnätet och informerar om potentiella problem. Med ett reläskydd som säkert och korrekt kopplar bort fel och en incidentanalysator som registrerar, analyserar och rapporterar alla incidenter i elnätet kan antalet avbrott och påverkade kunder minskas. Genom att utnyttja modern teknik kan dlaboratory ersätta flera konventionella reläskydd och skydda alla ledningsfack i en station med endast en central dator. När en incident inträffar levererar incidentanalysatorn omgående en analysrapport, som lagras och finns lättillgänglig via Internet. dlaboratorys system ger omfattande skyddsfunktionalitet samtidigt som det blir lättare än någonsin att få en överblick över elnätets tillstånd.

2 Systembeskrivning - dprotection dlaboratorys reläskyddssystem dprotection är ett modernt centraliserat datorsystem för reläskyddsfunktionalitet, incidentregistrering och automatisk analys. Systemet är baserat på hårdvara och realtidssystem från Beckhoff Automation AB (www. beckhoff.com). Datorer och tillhörande komponenter är designade för industriella miljöer, har lång livslängd, hög tålighet och uppfyller bland annat standarderna EN och EN Alla komponenter i dprotection är testade och Systemets flexibla konstruktion är skalbar och anpassas till varje station. Alla komponenterna är utbytbara mot likvärdiga utan extra konfiguration. Detta inkluderar även datorerna som enkelt kan bytas ut då all information finns lagrad på minneskort. Busskomponenterna används för att skapa ett redundant informationsnätverk baserat på tekniken EtherCAT som har realtidsprestanda och hög driftsäkerhet. Data kan skickas två olika beprövade i flertalet industriella och krafttekniska miljöer, t.ex. robotstyrning och vindkraftstyrning. Systemet består av två datorer med tillhörande busskomponenter och I/O-terminaler. Datorerna har all mjukvara på minneskort och saknar rörliga delar (t.ex. hårddisk) undantaget en CPU-fläkt. Systemets busskomponenter bygger upp ett informationsnätverk där grupper av I/O-terminaler ansluts. Mellan busskomponenterna och datorerna används Ethernet-kablage och i informationsnätverket mellan terminalgrupperna används plastfiber. vägar och skyddas av ett feldetektering- och felhanteringsprotokoll. Informationsnätverkets topologi kan anpassas efter behovet i stationen. En terminalgrupp består av I/O-terminaler. I/Oterminaler finns som ingångs- och utgångsterminaler och i flera olika varianter beroende på signalnivå och signaltyp. Terminalsammansättningen anpassas efter behovet av reläskyddsfunktionalitet, incidentregistrering och monitorering av generella signaler t.ex. larm från andra enheter. Modulariserad hårdvara Flexibel och kostnadseffektiv installation Låg livscykelkostnad Enkel och robust konstruktion Plug-and-play kapabilitet på komponenter 2

3 Skydd för utgående ledningsfack dlaboratory har utvecklat mjukvaran till reläskyddsfunktionaliteten genom ett nära samarbete med kunder. I det molnbaserade incidentanalyssystemet danalysis arbetar alla reläskyddsfunktioner kontinuerligt med data från mer än 20 stationer i flera olika stations- och nätkonfigurationer. Reläskyddsystemet är utvecklat för det grundläggande behovet av skydd för utgående ledningsfack. IEEE/ANSI IEC Oriktat överströmsskydd 50P-1/51P-1 50P-2/51P-2 3I> 3I>> Nollpunktsspänningsskydd 59N-1 59N-2 U 0 > U 0 >> Oriktat jordströmsskydd 51N-1 U 0 > Riktat jordströmsskydd 67N-1 67NI I 0ϕ > I 0INT > Brytarfelsskydd 50BF CBFP Brytarkontroll I -> O CB I -> O CB Återinkopplingsfunktion 79 O -> I 3

4 Incidentregistrering och analys Incidentregistreringen sker oberoende av reläskyddsfunktionaliteten via dlaboratorys incidentregistrerare dbox och kan konfigureras för att registrera incidenter som inte startar reläskydden men som kan indikera att något är på väg att ske. Registreringen sker på all data i stationen så en komplett bild av händelsen skickas till dlaboratorys molntjänst för analys. Den patenterade automatiska analysen sker i molntjänsten danalysis och presenteras både via ett webbgränssnitt och i en kompakt rapport. Det finns även möjlighet att hämta data till ett SCADAsystem. Att danalysis arbetar i molnet är en viktig och framtidssäker konstruktion då incidentregistrerare redan i drift kan uppgraderas med ny analysfunktionalitet. All data från incidenter sparas i COMTRADE-format och kan laddas ner av en behörig användare. En incident beskrivs i en rapport där incidentens egenskaper i termer av reläskyddsfunktionalitet och relaterade storheter sammanfattas. Utöver denna rapport kan all data ritas i grafer och filtreras enligt önskemål. Det är ett kraftfullt verktyg att använda för att förstå och undersöka uppkomsten av en potentiellt skadlig incident. Åtkomst till incidentdata via webbgränssnitt Mångfald av mätsignaler och mätfunktioner Ger en helhetsbild av en incident Enkel filtrering och klassificering av incidenter 4

5 Användargränssnitt Inspiration från moderna produkter har resulterat i att dprotection har ett användarvänligt och kraftfullt grafiskt användargränssnitt. I mjukvaran finns all funktionalitet för konfigurering av hårdvara, reläskyddsfunktionalitet och incidentregistrering. Därtill finns det systemövervakning och tydlig reläskyddsstatus vilken visar både pågående händelser och tidigare händelser. Visning av mätdata och aktiv konfiguration är inom ett par tryck på systemets användargränssnitt. Konfiguration av reläskyddsfunktionaliteten är utformat som ett modernt grafiskt användargränssnitt med tydliga namn och strukturerad layout. Detta resulterar i snabb konfiguration och parametersättning av ett eller flera reläskydd. Användargränssnittet visas på en touchskärm på kontrollskåpets framsida där drift- och underhållsåtgärder samt konfiguration kan utföras. En dator kan enkelt anslutas med TCP/IP och visa exakt samma användargränssnitt. Ingen extra mjukvara behövs, endast en dator med en webbläsare. 5

6 Systemöversikt och kommunikation dprotection kan integreras i en station med all kommunikation till SCADA över IEC eller med IEC via en RTU för horisontell kommunikation internt i stationen. Huvuddelen av systemet placeras i ett kontrollskåp eller fjärrskåp och förbinds med terminalgrupperna ute i ställverksfacken via ett fibernätverk. Brytarmanöver utförs genom en snabb och stark kombination av kraftreläer. Indikationer, mätsignaler och manöversignaler ansluts till en I/O terminal vars tekniska egenskaper är valda för att passa ändamålet. Brytarmanöver sker genom en snabb och stark kombination av kraftreläer Systemintegrationen kan göras med befintlig utrustning i stationen via konventionella kommunikationsprotokoll eller direkt till SCADA via en kommunikationsförbindelse Externa systemkomponenter kan även kommunicera via dedikerat kablage och digitala I/O terminaler Externa signaler som larm, mätsignaler, indikationer och mer stationsspecifika som t.ex. inpasseringsindikationer kan samlas och registreras Test och verifiering av reläskyddsfunktionalitet sker via provdon och provhandske med standardinstrument 6

7 Applikationsområde dprotection är ett komplett system för att utföra reläskyddsfunktionalitet och incidentanalys. Dess konstruktion medför en flexibel installation där konventionella produkter kan vara för omfattande och kostsamma. Beroende på stationens egenskaper bör en eller flera nivåer av skyddsfunktionalitet finnas på plats. Samtliga funktioner, gemensamt skydd för utmatningar, backupskydd för inmatningsfack, t.ex. om stationen är en ren kopplingsstation utan transformator. I figur 1 ses en installation av dprotection i en fördelningsstation som uppgraderades till att ha två nivåer av reläskydd och där dprotection utgör den moderna reläskyddsfunktionaliteten. Utrymmet i stationen var begränsat och ställverksfacken kunde inte rymma fler komponenter. Figur 1. En installation i ett väggmonterat 19 skåp där dprotection utgör SUB 2 skydd i en fördelningsstation lindningskopplarreglering, avstämningsautomatik för spolen, gasvakter etc. kan sammankopplas i en RTU för manöver och kommunikation med driftssystemet. dprotection kan med fördel utgöra en nivå av reläskydd i samspel med övriga komponenter och har de nödvändiga skyddsalgoritmerna för utgående ledningsfack i en fördelningsstation. Även inkommande fack kan skyddas av dprotection dprotection monterades i skåp och konfigurerades innan leverans till stationen, vilket resulterade i en enkel inkoppling. Med en relativt liten ombyggnad fick fördelningsstationen både en ny nivå av reläskydd med modern jordfelsfunktionalitet och en omfattande incidentregistrerare. dprotection är ett komplett system för reläskyddsfunktionalitet på utgående fack i en fördelningsstation dprotection kan med fördel utgöra ett av SUB 1 eller SUB 2 skydden som en kostnadseffektiv lösning att uppnå två nivåer av reläskyddsfunktionalitet i en station dprotection kan kombineras med konventionella reläskydd och övriga komponenter t.ex. lindningskopplare, ljusbågsvakt etc. för ett komplett stationsskydd 7

8 Tekniska specifikationer Skyddsfunktioner Nollpunktspänningsskydd Oriktat jordströmskydd Riktat jordströmskydd inklusive skydd för intermittenta fel Trefas oriktat överströmsskydd Brytarfelsskydd Återinkoppling Driftsäkerhet Klarar minst 200 ms spänningsbortfall Omstart till konfigurerat läge < 30 s > 15 år Mean Time Between Failure (MTBF) Huvudsystemet > 30 år MTBF Terminalgrupper Optisk koppling mellan slingkopplade terminalgrupper Komponenter av samma typ utbytbara utan konfiguration CPU fläkt med 5 års livslängd, enkelt utbytbar Hårdvara 2.1 GHz Intel Core i7 quad-core CPU 4 GB RAM Minneskortbaserad lagring, extra minneskort ingår Systemövervakning Hårdvara (både dator och terminalkomponenter) Nätverk och kommunikation Loggning av systemmeddelanden, skyddsfunktionalitet och programmeddelanden Grafiskt interface (HMI) Incidentregistrering Incidentanalys Flexibilitet Översiktligt och lättförståeligt modernt grafiskt interface för konfiguration, övervakning och daglig drift Webbaserat utan behov av extra mjukvara Fjärraccess konfigurerbar Multitouch skärm för snabba åtgärder Anslutning av laptop via Ethernet för konfiguration Incidentregistrering med konfigurerbar datauppladdning till lagring inom internt nätverk Analys av incidenter i dlaboratorys molntjänst danalysis Terminaler av olika typ kan inkluderas vid behov och kräver en mjukvarukonfiguration Digitala utgångar Spänningsnivå [24-110] VDC I/O (ett urval) Maximal strömnivå 1 A Digitala ingångar Spänningsnivå [24-110] VDC 8

9 Brytarmanöver-utgångar Brytarmanöver utförs i snabb och stark kombination av kraftreläer Rekommenderad kombination: DOLD IK VDC och DOLD IK VDC Reaktionstid < 40 ms Kommunikation TCP/IP Ethernet IEC IEC via en RTU Miljöstandarder EN EN EN (gäller för utvalda terminaler från Beckhoff) EN EN C C IP Klass 20 Spänningsmatning Matningsspänning 110 VDC Mätteknik Nominell fasström och nollföljdström I N på givare 1 A eller 5 A Mätområde för ström [0,005 20] x I N Termisk uthållighet 50 A (I N = 1), 100 A (I N = 5) Mättekniska detaljer Frekvensområde på grundton [45-55] Hz Nominell spänningsnivå 110 V Mätområde för spänning [0-220] V Last på mätkrets < 0.1 VA Kontinuerlig mätspänning 160 V Systemet samplingsfrekvens 20 khz Systemets bandbredd 10 khz 9

10 Ritningar och dimensioner Huvudenhet med busskomponenter Fristående busskomponenter som monteras nära huvudenheten 10

11 Montageritning för terminalgrupp i lågspänningsfack i ställverksskåp Montageritning för terminalgrupp i lågspänningsfack i ställverksskåp Beskrivning av komponenter i montageritningarna 11