Project Report Elektrisk integration med System 800xA E.ON:s vattenkraftverk i Flåsjö världspionjär kontroll av process och el i samma system med hjälp av IEC 61850 Ljungan rinner upp i gränstrakterna mellan Sverige och Norge. Den 35 mil långa älvens första vattenkraftverk uppströms är E.ON:s anläggning i Flåsjö. Där, mitt i det jämtländska skogslandskapet, har ett genombrott inom automationsområdet nyligen ägt rum. Flåsjö vattenkraftverk är nämligen ett av de första i världen som har det elektriska kontrollsystemet integrerat, med hjälp av standarden IEC 61850, i samma System 800xA som hanterar processstyrningen. Och tekniken är inte bara förbehållen kraftanläggningar. Oavsett bransch kan man nu med hjälp av System 800xA integrera de elektriska kontrollsystemen i samma system som sköter automationsprocessen. Det innebär bättre övervakningsmöjligheter, högre tillgänglighet och ett förenklat ingenjörsarbete. Flåsjö är en obemannad vattenkraftstation som styrs och övervakas av E.ON:s driftcentral i Sundsvall. Tidigare har styrningen av processen och det elektriska kontrollsystemet hanterats separat. När man i början av 2009 beslöt sig för att byta ut vattenkraftverkets el- och kontrollsystem blev det naturligt att skapa ett gemensamt system byggt på den nya världsstandarden IEC 61850. Allra helst som ABB kunde erbjuda en lösning som motsvarade kraven man ställde. IEC 61850 är något vi har haft med i våra kravspecifikationer sedan 2005, men ingen har tidigare kunnat offerera en sådan lösning. När ABB nu gav oss möjlighet så kunde vi inte gärna säga nej, säger Assar Svensson, teknikansvarig för kontrolloch styrsystem inom E.ON Vattenkraft. System 800xA är det första processkontrollsystemet som stöder den nya standarden och det är kombinationen av ABB:s skyddsoch kontrollprodukter i Relion familjen och System 800xA som var nyckeln till beställningen. Relionfamiljens IED er (Intelligent Electronic Devices) är konstruerade för IEC 61850 och kan kommunicera med andra IED er och system som är anpassade till standarden. Relionfamiljen har också fullt stöd för kommunikation via GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) som ersätter traditionella hårdtrådade lösningar för horisontell kommunikation mellan IED er. GOOSE stöds även av ABB:s AC 800M controller och innebär interoperabilitet mellan IED er och processtyrsystemet. Det betyder att E.ON:s 800xA-system, som bland annat sköter turbinstyrning och vibrationsövervakning, nu även har tillgång till data från ställverket exempelvis mätning av effekt, reaktiv effekt, spänning och strömstyrka samt indikeringar och manövrar. Detta ger ett enhetligt sätt att konfigurera, styra och underhålla hela systemet från ett gemensamt gränssnitt från en och samma operatörsstation.
ABB har gjort ett mycket bra jobb. Imponerande är att man klarade det på den korta tid som stod till buds mindre än 6 månader. Ett mycket bra jobb Arbetet med installationen i Flåsjö kom igång i april 2009 och anläggningen kunde tas i drift den 17 oktober 2009 efter ett stopp på endast 8 veckor. Vattenkraftverket har bara ett aggregat och därför är det viktigt att hålla stilleståndstiden så kort som möjlig. ABB har gjort ett mycket bra jobb, jag är särskilt imponerad av att man klarade det på den korta tid som stod till buds. Mindre än 6 månader från påskrivet kontrakt till driftstart, det är väldigt snabbt, säger Tomas Kristoffersson, anläggningsansvarig för tre av E.ON:s totalt fem vattenkraftverk i Ljungan. Våren 2010 påbörjade ABB en liknande installation i ett annat av E.ON:s vattenkraftverk längs Ljungan. Nu går vi vidare med kraftverket i Trångfors där vi på samma sätt ska byta el- och kontrollsystem till ett gemensamt system baserat på IEC 61850. Det är en anläggning som liknar Flåsjö och byggd samtidigt. Därefter ska bägge projekten noggrant utvärderas. Standard skapar struktur Anledningen till att E.ON riktar ett starkt strålkastarljus mot dessa pilotprojekt är att uppgraderingen av el- och kontrollsystemen vid vattenkraftverken i Ljungan ingår i en pågående förnyelse av E.ON:s vattenkraftverk. Det innebär att en stor del av el- och kontrollsystemen ska bytas under kommande år. Fram till 2015 planerar E:ON att satsa 6 miljarder kronor i modernisering av vattenkraftanläggningar. Enligt E.ON:s anläggningsansvarige Tomas Kristoffersson har ABB gjort ett mycket bra jobb på kort tid. Genom installationen i Flåsjö har vi förhoppningsvis bara gläntat lite på dörren till framtiden, säger Assar Svensson, teknikansvarig för kontrolloch styrsystem på E.ON Vattenkraft Sverige AB. 2
Det är ett omfattande ombyggnadsarbete vi har framför oss. Vi efterfrågar därför fler standardiserade lösningar enligt IEC 61850, än så länge handlar det enbart om reläskydden, säger Assar Svensson som för kraftverket i Flåsjö arbetade med teknikgranskning och anläggningsutformning och som nu är delaktig i merparten av E.ON Vattenkrafts uppgraderingar och moderniseringar. För E.ON skulle IEC 61850 ge nya möjligheter att öka tillgängligheten och förenkla ingenjörsarbetet. Fler standardiserade komponenter gör det möjligt att bygga en anläggning på ett mer strukturerat sätt. Vi kommer därför att fortsätta att fråga efter IEC 61850 i våra anbudsunderlag. Vi vill exempelvis kunna få leveranser där alla komponenter kan testas tillsammans innan igångkörning. En annan viktig anledning till en mer standardiserad uppbyggnad av kontrollsystemen är att alla E.ON Vattenkrafts anläggningar i Sverige styrs från en enda driftcentral. När man styr så många kraftverk från en plats är det mycket viktigt att det finns en standard som grund. Uppenbara fördelar Men det finns redan nu uppenbara fördelar, något som ABB:s installation i Flåsjö är ett bevis på. Förutom den utökade information om hela anläggningen som operatörerna nu får tillgång till, kan exempelvis servicearbetet vändas från felsökning till ett mer förebyggande underhåll. Systemet kan själv tala om när en komponent behöver servas eller bytas ut. Och det går mycket enklare och snabbare att byta till exempel en givare när alla parametrar finns lagrade i en databas man slipper att göra om alla inställningar manuellt. Dessutom har installationsarbetet snabbats upp genom att det krävs betydligt mindre kablage. Minskat kablage innebär också att felkällorna i en anläggning minskar, ett annat plus är att brandbelastningen sjunker. Och Assar Svensson tillägger: Jag har nu stora förväntningar på våra leverantörers förmåga att ge oss ytterligare möjligheter att standardisera och förenkla uppbyggnaden av el- och kontrollsystemen för vattenkraftanläggningar. Genom installationen i Flåsjö har vi förhoppningsvis bara gläntat lite på dörren till framtiden. Vi har också stora förväntningar på att ABB använder sig av den möjlighet som IEC 61850 ger fullt ut, så att det inte används bara som ännu ett nytt kommunikationsprotokoll. Det är från driftcentralen i Sundsvall som E.ON:s samtliga vattenkraftverk i Sverige styrs och övervakas. 3
E.ON Uppströms är Flåsjö det första av E.ON:s vattenkraftverk i den 35 mil långa älven Ljungan. Ljungan rinner upp nordost om Helagsfjället och mynnar i Bottenhavet strax söder om Sundsvall. Kraftverket byggdes 1975 och har en maximal fallhöjd på 46 meter och ett flöde genom turbinen på 60 kubikmeter i sekunden. Här produceras cirka 73 GWh med en installerad effekt på 24 MW. Anläggningen är obemannad och styrs och övervakas från E.ON Vattenkrafts driftscentral i Sundsvall. Kommunikationen mellan kraftverket i Flåsjö och driftcentralen i Sundsvall sker via satellitöverföring. E.ON Vattenkraft, ett dotterbolag till E.ON Sverige, är den tredje största vattenkraftproducenten i Sverige och producerar ett normalår cirka 8 TWh i 77 vattenkraftverk från Kristianstad i söder till Lycksele i norr. Fram till 2015 planerar E.ON att investera 6 miljarder kronor i förnyelse av vattenkraftanläggningarna. Det kommer bland annat att innebära en produktionsökning på cirka 130 GWh (motsvarande produktionen vid ett normalstort vattenkraftverk). E.ON Sverige ägs av E.ON som är världens största privatägda energibolag med 90 000 anställda. AC 800M controller kommunicerar med all el- och automationsutrustning. För IED er används IEC 61850 GOOSE. ABB s leverans I leveransen till Flåsjö vattenkraftverk ingår: System 800xA tillsammans med en AC 800M controller och en operatörsstation. Reläskydden REG670, REL670, Combiflex-reläer och provningssystemet Combitest. MNS Low Voltage Switchgear. Processtyrningens viktigaste uppgifter är turbinkontroll, vibrationsskydd och synkronisering. Elektrifieringen av processen och kontroll av kringutrustning och pumpar görs genom Profibus-kommunikation med lågspänningsställverket MNS från ABB. För det elektriska kontrollsystemet är IED erna de viktigaste komponenterna i anläggningen. De skyddar, kontrollerar och övervakar generatorn och den utgående högspänningsledningen från transformatorstationen. IEC 61850-kompatibla ABB Relion IED er är integrerade med System 800xA där två redundanta REG670 används för generatorskydd och en REL670 för linjeskydd av den utgående 130kV-ledningen. Alla IED er är integrerade med AC 800M controller genom IEC 61850 GOOSE. Detta gör det möjligt för AC 800M controllern att inte bara kontrollera processen, utan också fungera som en IED i IEC 61850-näverket, där den både kommunicerar med elektriska komponenter och med driftcentralen. Mätvärden för effekt, reaktiv effekt, spänning och ström samt status på brytare och frånskiljare är exempel på viktiga data från IED erna. Dessa uppgifter visualiseras i den lokala operatörsstationen för System 800xA och överförs även till driftcentralen i Sundsvall varifrån systemet normalt övervakas och styrs. Larm och andra händelser från det kombinerade övervakningssystemet för process och el ger operatörerna i Sundsvall värdefull information om hela anläggningen. Från driftcentralen i Sundsvall övervakas alla E.ON:s vattenkraftanläggningar i Sverige m.h.a. ABB Network Manager som är ett viktigt hjälpmedel i arbetet att styra och optimera energiproduktionen i takt med behovet på marknaden. Genom detta system är man även fjärransluten till 800xA-systemet i vattenkraftverket i Flåsjö, vilket innebär redundant anslutning av kontrollsystemet. 4
I Flåsjö är de nya reläskydden helt integrerade med AC 800M controller, säger Tomas Kristoffersson på E.ON. Den utgående högspänningsledningen från Flåsjö vattenkraftverk skyddas av reläskyddet REL670. Foton: Peter Hamberg. Genom Flåsjös turbin passerar varje sekund 60 kubikmeter vatten. 5
Vad är IEC 61850? IEC 61850 är en Ethernetbaserad global standard för kommunikation och systemarkitektur för ställverksoch kraftdistributionssystem. Standarden har tagits fram i ett gemensamt arbete mellan ANSI (Nordamerika) och IEC (Europa), tillsammans med ledande leverantörer på kraftmarknaden, som ABB. IEC 61850 har en standardiserad datamodell, namnsättning och ett gemensamt sätt att konfigurera IED er. På så sätt uppnås interoperabilitet mellan såväl IED er som ingenjörsverktyg. Standarden har en öppen och flexibel arkitektur, vilket ger stor frihet i konfigurering av IED er, allt efter användningsområde. Dessutom anses IEC 61850 vara en framtidssäker standard, tack vare förmågan att kunna följa ändringar och vidareutveckling inom kommunikationsteknologi. 3BSE062088 För mer information kontakta: ABB AB Västerås, Sverige Tel: 021-32 50 00 Fax: 021-13 78 45 E-post: processautomation@se.abb.com www.abb.se/controlsystems ABB Inc. Wickliffe, Ohio, USA Tel: +1 440 585 8500 Fax: + 1 440 585 8756 E-post: industrialitsolutions@us.abb.com www.abb.com/controlsystems ABB Automation GmbH Mannheim, Germany Tel: +49 1805 26 67 76 Fax: +49 1805 77 63 29 E-post: marketing.control-products@de.abb.com www.abb.de/controlsystems ABB Automation LLC Abu Dhabi, United Arab Emirates Tel: +971 (0) 2 417 1333 Fax: +971 (0) 2 626 3230 E-post: processautomation@ae.abb.com www.abb.com/controlsystems ABB Pte. Ltd. Singapore Tel: +65 6776 5711 Fax: +65 6778 0222 E-post: processautomation@sg.abb.com www.abb.com/controlsystems