Numeriskt samlingsskeneskydd REB 500 decentral installation ger nya skyddsmöjligheter Den snabba utvecklingen inom digital realtidskommunikation har gjort det möjligt att ta fram ett helnumeriskt decentraliserat samlingsskeneskydd med integrerat brytarfelsskydd. Principen med fackorienterad insamling och förbehandling av data gör det möjligt att använda systemet även i mycket stora ställverk. Det numeriska samlingsskeneskyddet REB 500 är baserat på distribuerade enheter och erbjuder därmed högre tillförlitlighet och bredare funktionsområde jämfört med konventionella system. Den decentraliserade strukturen för samlingsskeneskyddet sparar utrymme och kabeldragningsarbete och gör det samtidigt enklare att bygga ut ställverket i ett senare skede. Sett över hela livscykeln utgör REB 500 en tekniskt och ekonomiskt attraktiv lösning, med hänsyn tagen till ingående funktionerna, det begränsade hårdvarubehovet och övriga fördelar som erbjuds av den numeriska tekniken. Det finns redan flera skyddssystem av denna typ i drift och erfarenheterna är goda. REB 500 utmärks framför allt av sin stora flexibilitet och utmärkta prestanda. A rkitekturen i det numeriska samlingsskeneskyddet erbjuder högre flexibilitet än konventionella system. Mindre tid går åt för driftsättning och underhåll, och systemet som helhet är utpräglat användarvänligt. Ytterligare egenskaper hos det numeriska systemet är dess brytarfelsskydd, störningsregistrering samt vissa fack- och reservskyddsfunktioner. De fackorienterade funktionerna fungerar t o m autonomt i händelse av att centralenheten skulle blockeras. I samband med om- eller tillbyggnad av ställverket kan skyddssystemet kompletteras med ytterligare fackenheter eller med utvidgad centraldatorkapacitet. Den nya konfigurationen och systeminformationen kan matas in och lagras i systemet via människa/maskin-gränssnittet (MMC). Majda Ilar Beat Reimann Dieter Brunner ABB Network Partner AG Samlingsskeneskydd På ett samlingsskeneskydd ställs mycket höga krav på tillförlitlighet, säkerhet, selektivitet, hastighet och mätförmåga, liksom på flexibilitet med avseende på alla de olika driftfall och manövrer som kan bli aktuella för en samlingsskena. Bortkoppling av en samlingsskena under drift kan ha stor inverkan på stabiliteten i ett kraftsystem och kan i värsta fall mörklägga en hel region. Kortslutning av en samlingsskena kan dessutom medföra betydande skador i en anläggning, eftersom felströmmarna, beroende på matningskällorna, i vissa fall kan uppgå till tiotusentals ampere. Kraven på säkerhet och hastighet är betydligt strängare för samlingsskeneskydd än för andra skyddssystem. Samlingsskeneskyddssystem Funktionssättet och zonselektiviteten för samlingsskeneskyddet bygger på jämförelse mellan strömmarna i alla in- och utgångar anslutna till den aktuella samlingsskenan. Denna mätprincip har använts med framgång i många år och betecknas som strömjämförelse- eller differentialskyddsprincipen. Principen kan tillämpas som låg- eller högohmigt differentialskydd. Båda skyddsformerna äger sitt berättigande. Specifika tekniska egenskaper hos de båda principerna tillåter optimala lösningar. Andra faktorer som påverkar valet är nationell eller traditionell praxis liksom konfigurationen av det primärsystem som ska skyddas. För att öka säkerheten tillämpas ofta två olika mätprinciper med av varandra oberoende kriterier. Utgående från två av två -principen går det att nå ett säkert och selektivt skydd även med ett numeriskt system. Högimpedansskydd Denna differentialskyddsprincip erbjuder vissa stabilitetsfördelar tack vare sin högohmiga ingångsresistens. För utvärderingen utnyttjas spänningsfallet över det högohmiga motståndet. 4 ABB Tidning 5/1997
Ställverksfack med distribuerat numeriskt samlingsskeneskydd av typ REB 500 1 BU Fackenhet CU Centralenhet Vid högspänningstillämpningar, där säkerheten är det primära, utnyttjas i regel ytterligare ett högohmigt skyddssystem som ansluts till en s k kontrollzon (check zone). Detta innebär att ett andra kriterium står till förfogande för utlösningsbeslutet, men detta innebär även att det behövs ytterligare en uppsättning mättransformatorer och motsvarande kopparkabelinstallation för varje utgång. Följande krav ställs på mättransformatorerna: Separat kärna som inte delas med andra reläskydd Identiskt omsättningsförhållande för mättransformatorerna Låg resistans i sekundärlindningen Låg magnetiseringsström Generellt gäller att mättransformatorerna ska uppfylla kraven enligt BS 98, klass X eller IEC-standard, klass TPS. I några länder utnyttjas det högohmiga skyddet av tradition för dubbla samlingsskenor. Beklagligtvis kräver en sådan tilllämpning att mättransformatorernas sekundärkretsar kopplas om via frånskiljarens hjälpkontakter (och/eller extra mellanreläer), för att lösningen ska bli selektiv för alla samlingsskenekonfigurationer. Denna omkoppling ställer höga tidsmässiga krav och kan under vissa omständigheter leda till öppen strömkrets som, på grund av den höga spänningen i sekundärlindningen, riskerar att förstöras. Dessutom är det nödvändigt att skydda själva högimpedansrelät med en extern VDR (Voltage Dependable Resistor) och kortslutningskontakter. Detta beror på den relativt höga spänningen (några kv) som uppstår över högimpedansrelät i samband med interna samlingsskenefel. Detta visar att högimpedanssystem kräver mycket service och omfattande projektering. För komplett funktion fordras en mängd ytterligare enheter. Skyddet är därför långt ifrån användarvänligt, även om initialkostnaderna för maskinvaran kan förefalla relativt låga. Vid en beräkning av totalkostnaderna för ett specifikt skyddssystem måste även kostnaderna för tillkommande mättransformatoruppsättningar beaktas. Lågimpedansskydd Denna typ av differentialskydd brukar i första hand komma till användning för enkla och multipla samlingsskenor med eller utan hjälpskenor. Detta beror på följande: Inga speciella mättransformatorer fordras. ABB Tidning 5/1997 5
Mättransformatorernas omsättning kan vara olika för de olika utgångarna. I de flesta fall räcker det med en standardmättransformator 5P0 och en skyddskärna för 0 VA. Mättransformatorn kan delas med andra reläskydd. Sekundärkretsen behöver inte brytas och har följaktligen inga kopplingsreläer. Mättransformatorledningarna övervakas internt med hjälp av differentialskydd. Frånskiljarlägena övervakas internt med avseende på rimlighet. ABBs lågohmiga samlingsskeneskyddssystem (INX5 och nya REB 500) utnyttjar avancerade och väl beprövade mätprinciper som tillåter stabiliserad differentialströmmätning och riktad fasjämförelsevärdering (i båda fallen individuellt för varje fas). Genom att kombinera dessa två mätningar i utlösningslogiken uppnås hög säkerhetsgrad utan dubblering eller tillkommande kontrollzoner. Att använda det lågohmiga samlingsskeneskyddet är jämförelsevis enkelt, eftersom alla moduler som behövs för skyddet kan integreras i systemet och testas redan i fabriken, med väl definierade och anslutningsklara gränssnitt mot ställverket. Detta innebär att sekundärkostnaderna kan reduceras betydligt. Det fordras exempelvis ytterst lite projektering för ställverket som helhet, och arbetet med kabeldragning mellan skåpen, dokumentation, driftsättning och underhåll minimeras. Systemet har vidare funktioner för störningsregistrering, brytarfelsskydd, skydd mot slutfel och reservfunktion som överströmsskydd. Aspekter på tillämpning av numeriska skyddsprinciper Idag håller många kraftverk och ställverk på att moderniseras. Ofta ersätts konventionella kopparkablage med fiberoptiska ledningar, och persondatorer installeras för att tillåta helautomatisk drift och övervakning av ställverken. Information om anläggningstillstånd och drift överförs mellan ställverkens olika nivåer och kan vidarebefordras till driftcentralen för det nationella kraftnätet. Allt detta innebär att driftekonomin förbättras och att anläggningens livscykelkostnad minskar. Det numeriska samlingsskeneskyddet REB 500 gör det möjligt att dels minska kabelvolymen, dels distribuera funktionerna i samband med utvidgning av primärsystemet, med ett minimum av maskinvaruförändringar. Samtidigt minskar den totala stilleståndstiden. Ytterligare en fördel är den enkla övervakningen av sådana system. Övervakningen kan antingen lösas med integrerad testautomatik eller, som i det numeriska systemet REB 500, med interna programvarualgoritmer. Det distribuerade numeriska samlingsskeneskyddet REB 500 Systemuppbyggnad Beroende på användarens behov kan det numeriska samlingsskeneskyddet REB 500 installeras fackorienterat, dvs decentraliserat, eller på konventionellt sätt centralt. Sistnämnda metod används i första hand i samband med uppgraderingar [1, ]. Decentraliserad installation av fackenheter i styr- och skyddsskåp i anslutning till primärsystemet tillåter kortare och enklare förbindelser mellan fackenheterna och högspänningsapparaterna 1. Fackenheterna och centralenheten förbinds internt med fiberoptiska ledare. Centralenheten samlar in data från fackenheterna via processbussen och exekverar skyddsalgoritmerna. Det tidigare problemet med elektromagnetiska störningar (EMC) hör därmed det förgångna till. Fackenhet Fackenheten utgör gränssnittet mot fackets primärsystem och fungerar som förprocessor. Här samlas och bearbetas all information om strömmar, spänningar, brytarlägen och frånskiljarlägen. Här realiseras även den nödvändiga galvaniska isoleringen relativt kraftnätet. Varje fackenhet har tillgång till de strömingångar som samlingsskeneskyddssystemet behöver. Ytterligare spänningsingångar står till förfogande för störningsregistrering. Samtliga analoga insignaler filtreras och digitaliseras i den analoga förbehandlingsenheten (AIP). Mätfrekvensen på 400 Hz gör det möjligt att övervaka även mättade strömtransformatorer. De digitala I/O-enheterna (BIO) behandlar alla digitala signaler, som brytar-, frånskiljar- och busskopplarlägen, blockeringssignaler, aktiverade brytarfelsskydd, externa kvitteringssignaler etc. BIO tillåter hjälpspänningar inom ett brett område. Fackenheterna bearbetar de insamlade strömvärdena till strömvektorer för varje fas och vidarebefordrar dessa till centralenheten för vidare bearbetning med hjälp av skyddsalgoritmen. Korta utlösningstider garanteras av snabb och deterministisk kommunikation mellan fackenheterna och centralenheten, liksom av de effektiva algoritmerna. Centralenhet Centralenheten ansvarar för den övergripande databehandlingen och för utlösningsbeslut. Om centralenheten upptäcker ett samlingsskenefel skickas utlösningssignal till alla fackenheter inom den aktuella zonen. HÂrdvarustrukturen för samlingsskeneskyddssystemet REB 500 framgår av. Varje enhet (AIP, BIO, CMP, CSP) innehåller en mikroprocessor. Detta ger flexibilitet i fördelningen av programvarumoduler. Programvaran är indelad i tilllämpningsprogramvara (systemfunktio- 6 ABB Tidning 5/1997
ner) och diagnosprogramvara (ansvarar för start, självövervakning, händelseregistrering, systemblockering och avstängning). Centralenheten ansvarar för systemkonfiguration, avbildning av frånskiljarlägen, tilldelning av fack inom systemet, utlösningsparametrar, administration av processbussen inklusive synkronisering samt kommunikation med stationsstyrsystemet. Avbildningen av samlingsskenan och de därav resulterande skyddszonförändringarna anpassas dynamiskt i enlighet med de processdata som levereras av fackenheterna. Skyddsalgoritmer För att garantera ett säkert och tillförlitligt skydd utförs mätningarna enligt två olika och av varandra oberoende principer. Den första mätprincipen utnyttjar en stabiliserad differensströmalgoritm. Strömmarna beräknas individuellt för varje fas och varje samlingsskenezon. Differensströmmen I diff och hållströmmen I håll vid en intern kortslutning måste uppfylla följande båda villkor: k st = I Diff I Halt = m Σ ILn n=1 m Σ ILn n=1 > k stmax kortslutning får samtliga utgångsströmmar nästan identisk fasvinkel. Om det i stället visar sig finnas skillnader på ca 180 mellan utgångsströmmarna befinner sig systemet antingen i normalt drifttillstånd eller föreligger en extern kortslutning. Om den minsta fasskillnaden ϕ mellan alla kombinationer av utgångsvinklar är mindre än utlösningsvinkeln för fasjämförelse ϕ min, tolkar algoritmen situationen som en intern kortslutning. ϕ < ϕ min Förenklad översikt över maskinvarustrukturen i skyddssystemet REB 500 Utförliga mätningar och simuleringar har visat att ϕ min = 74 är ett optimalt tröskelvärde för utlösningskarakteristiken. Denna vinkel kräver inga anläggningsspecifika inställningar. Utvärderingen av mätningarna delas mellan fackenheterna och centralenheten. Fackenheterna sköter inledande beräkningar och alla andra fackspecifika uppgifter. Algoritmerna behandlar de komplexa strömvisare som är resultatet av den digitala filtreringen och som endast innehåller grundfrekvenskomponenterna. Mättransformatormättnad Korrekt reaktion vid mättnad av mättransformatorer är ett av grundkraven på ett 1 Primärsystem (ställverk) BU Fackenheter Utgång CMP Huvudprocessor Samlingsskena CSP Hjälpprocessorer CT Mättransformatorer AIP Inmatnings- och förbehandlingsenheter CU Centralenhet BIO In- och utgångsenheter PB Fiberoptisk fältbus CU CMP CSP 1 CSP n I Ln grundfrekvenskomponent enligt Fourier i samlingsskeneutgång n PB 0 PB 1 PB n k st för ledare L stabiliseringsfaktor BU BU k stmax maximal stabiliseringsfaktor AIP AIP L m n ledare antal samlingsskeneutgångar samlingsskeneutgång CT BIO CT BIO S D tröskel för differensström Beräkningarna utförs i centralenheten som även omsätter beräkningsresultaten till beslut. 1 Den andra mätprincipen är en riktad strömfasjämförelse. Detta innebär jämförelse av fasvinkeln för alla strömmar i ut- gångar som är anslutna till ett visst samlingsskeneavsnitt. I händelse av en intern ABB Tidning 5/1997 7
I 1 I 1 I BU BU CU A I Nollströmsmätning Vid nät som är jordade med strömbegränsning ger skyddsfunktionerna strömjämförelse med strömstabilisering och fasjämförelse inte alltid korrekta beräkningar. I dessa fall utnyttjas även nollströmmen för utvärderingen. Överföringsfelet kan under drift göra att nollströmmen felbedöms. För att garantera selektivitet stöds nollströmsutvärderingen av en Fourier-frekvensanalys. I 0 I f max samlingsskeneskyddssystem. Det numeriska samlingsskeneskyddet är i stor utsträckning okänsligt mot sådana mättnadsfenomen. Detta beror på att det tillämpar en speciell metod före Fourier-filtreringen. visar signalkorrigeringsprincipen vid mättade strömsignaler då ABBs patenterade förlängningsmetod för maximalvärden tillämpas. Principen är att den maximala strömstorleken Ifmax mäts och bibehålls under en definierad förlängningstid th. Strömvärdet fixeras antingen på maximalvärdet I fmax eller på ett proportionellt värde v I fmax Fak- t a Princip för maximalvärdes-förlängningsmetoden Blå Primärström, utgång Röd Mättad sekundärström I Grön Sekundärström I efter maximalvärdesförlängning t I 1 Primärström, utgång 1 I fmax Strömbeloppmaximum i avkänningsfönstret t a Stigtid t h Förlängningstid BU Fackenhet t 0 Funktionstid för maximalvärdesförlängningen CU Centralenhet t o t h ms torn v är beroende av stigtiden ta, samt av tidsintervallet mellan den sista nollgenomgången och maximalvärdet av I fmax. Ytterligare funktioner Allt efter behov går det att aktivera ytterligare funktioner som samlingsskeneskyddet erbjuder utöver sin grundfunktion. Överströmsfrigivning I varje fackenhet går det att bygga in ytterligare ett utlösningskriterium genom överströmsfrigivning. Parametrarna ställs in via operatörsgränssnittet. Brytarfelsskydd Brytarfelsskyddet ingår i fackenheten och finns som tillval till det numeriska samlingsskeneskyddet. Den snabba överströmsfunktionen övervakar fasströmmarna och är utrustad med två tidskomponenter. Den första tidsnivån arbetar lokalt i varje fackenhet och är inte beroende av centralenheten. Programlogiken i fackenheten kan behandla olika konfigurationer av brytarfelsskydd. Exempelvis kan ett utlösningskommando ges till en sekundär utlösningsspole i effektbrytaren om fördröjningstiden i den första tidskomponenten skulle löpa ut. Samtidigt ges en fjärrutlösningssignal till stationen i andra linjeänden. Om samma fel skulle uppmätas även efter att den andra fördröjningen har löpt ut, utnyttjar skyddsfunktionen brytaravbildningen för att lösa ut samtliga övriga utgångar anslutna till samma samlingsskeneavsnitt. Varje brytare är ansluten till en fackenhet där alla mätningar och brytarpositioner lagras. Tidöverströmsskydd Tidöverströmsskyddet är en reservskyddsfunktion som exekveras lokalt i fackenheten och som gör det möjligt att realisera ett enkelt och oberoende utgångsskydd i varje fackenhet. Händelseregistrering Alla händelser lagras i centralenheten och i fackenheterna med en upplösning på 1 ms. Skydds-, test- och systemhändelser registreras. 8 ABB Tidning 5/1997
Skyddshändelser omfattar alla förändringar i frånskiljar- och brytarpositioner som har att göra med den skyddade samlingsskenan. Testhändelser kan genereras med en särskild testgenerator. Systemhändelser beskriver diagnos- och felmeddelanden i själva samlingsskeneskyddssystemet. Funktion för störningsregistrering I varje fackenhet kan de tre fasströmmarna, nolledarströmmen, binära signaler och, om så önskas, spänningar registreras. En registrering kan aktiveras t ex av en skyddsfunktion eller insignal. Registrerade störningsdata lagras i REB 500. De kan läsas ut direkt via fackenheten eller via centralenheten i formatet COMTRADE och överföras till en PC. För vidare bearbetning används ett utvärderingsprogram (t ex WINEVE). Kommunikation Det numeriska samlingsskeneskyddet styrs via ett modernt och användarvänligt operatörsgränssnitt. Människa/maskinkommunikationen sker på tre nivåer: Stationsstyrteknik Om samlingsskeneskyddet ingår i ett stationsstyrsystem (SCS) eller ett stationsövervakningssystem (SMS) används en kommunikationsmodul (tillval) i centralenheten. På denna tredje kommunikationsnivå kan samtliga operatörsfunktioner utföras från stationens centrala kontrollrum. Säkerhetskoncept Självövervakning och diagnos För att skapa ett maximum av säkerhet och tillgänglighet övervakas samtliga skyddsfunktioner kontinuerligt [, ]. Falska utlösningar måste under alla omständigheter undvikas. I händelse av ett fel i det numeriska samlingsskeneskyddet blockeras systemet, larm ges och en diagnoshändelse registreras för senare analys. Viktiga avsnitt av maskinvaran, t ex processorer, hjälpmatning, A/D-omvandlare och minnen, testas på olika sätt, såväl i samband med start som under drift. Högst upp i hierarkin finns huvudprocessen, medan in- och utgångarna ligger längst ner. Varje diagnosmodul övervakar att maskinvaran fungerar och kontrollerar samtidigt tillämpningsprogramvaran och diagnosmodulerna på närmast lägre nivå. I händelse av kritiska fel blockeras hela skyddssystemet. Om felet är övergående återgår systemet automatiskt till normal funktion. I samband med säkerhet och tillförlitlighet är även bearbetningen av utlösningskommandon en viktig aspekt. Utlösningsreläerna måste testas regelbundet. Om något relä i samband med sådant test skulle uppvisa bristande funktion på grund av program- eller hårdvarufel blockeras samtliga utlösningsreläer. Tillgänglighet Hög tillgänglighet kräver högkvalitativa komponenter. Den stora fördelen med numeriska skyddssystem är självövervakningen som innebär att alla systemfel upptäcks omedelbart och att skyddet i nödfall kan blockeras []. Tack vare den modulära uppbygg- Lokal betjäning På den första nivån betjänas systemet via manöverenheten som är inbyggd i fackeller centralenheten. På manöverenheten finns lysdioder för larm, utlösningar och funktionsberedskap samt en LCD-display för meddelanden, mätvärden och statusinformation. Vidare finns ett antal knappar för inmatning. Fackenhet för det numeriska samlingsskeneskyddet REB 500. Enheten betjänas via den inbyggda manöverenheten eller via en PC. 4 Externt betjäningsprogram (MMK) På den andra nivån tillåts omfattande och bekväm betjäning via en persondator (PC) 4. PCn är ansluten till centralenheten via en fiberoptisk kabel eller är direkt ansluten till fackenheten. Via PCn kan hela samlingsskeneskyddssystemet konfigureras, parametersättas, kontrolleras och testas. ABB Tidning 5/1997 9
naden krävs endast ett begränsat reservdelslager ytterligare en fördel med det numeriska samlingsskeneskyddet. Trots detta kan enskilda funktionsbortfall uppstå under systemets långa livstid. Därför måste ett reservsystem stå till förfogande för användning i samband med tem. Frånskiljarövervakning ingår som funktion i samlingsskeneskyddet och frånskiljaravbildningen realiseras utan mekaniska reläer. Vid tillämpning av logiken bortfaller den komplicerade justeringen av frånskiljarhjälpkontakterna. reparationer. Då det gäller samlingsskenor fyller normalt den motstående stationens distansskydd denna uppgift. Test Varje numeriskt samlingsskeneskyddssystem testas i sin helhet i fabriken i enlighet Säkerhet och stabilitet Felkällor som kan orsaka en oselektiv eller falsk utlösning beaktas via olika åtgärder så att säkerhet och stabilitet i det numeriska samlingsskeneskyddet säkerställs. Så som tidigare nämnts erbjuder två av varandra oberoende skyddsalgoritmer med kundens specifikation. Ett nytt testsystem har utvecklats för att kunna simulera alla de olika driftsituationer som ett flexibelt numeriskt samlingsskeneskydd kan komma att utsättas för. Därmed kan den numeriska algoritmens korrekta funktion påvisas. förhöjd säkerhet, eftersom båda algoritmerna måste komma till samma resultat för att utlösningskommando ska ges (exempelvis för intern kortslutning). Tillämpningsmöjligheter för REB 500 De flesta maskin- och programvarufel upptäcks av självövervakningsfunktionen. Användningskonfigurationer Även frånskiljarens hjälpkontakter Systemet REB 500 är så flexibelt att det måste beaktas. Detta krav är välkänt även från tidigare samlingsskeneskyddssys- kan användas i de mest skilda topologier. Varje konfiguration är möjlig inom spän- Skyddssystemet REB 500 central installation med fackorienterad struktur 5 1 Centralenhet Fackenhet och ledningsskydd Fiberoptisk ledare ningsområdena mellanspänning, högspänning och mycket hög spänning och i system med såväl enkla som multipla samlingsskenor, liksom med hjälpskenor. Även ringsamlingsskenor och 1 1 -brytarsystem kan hanteras i skyddskonceptet. Central installation Central installation är ett särskilt intressant alternativ vid uppgraderingsprojekt, eftersom de flesta befintliga förbindelser med facket kan återanvändas. En central installation med fackorienterad struktur visas i 5. Särskilt intressant i denna konfiguration är kombinationen mellan fackenheterna och ledningsskyddsenheterna som tillåter intelligent interaktion mellan två olika typer av skydd. Ledningsskyddet ansvarar för skyddet av en ledning, inkluderande automatisk återinkoppling. Skyddet har direkta utlösningsutgångar till effektbrytaren. Fackenheten innehåller förutom samlingsskeneskyddsfunktionerna brytarfelsskydd samt överströmsskydd eller tidöverströmsskydd som reservskydd för ledningen. Ytterligare skillnader i jämförelse med en konventionell installation är de fiberoptiska förbindelserna mellan utgångsskåpen och möjligheten att i ett senare skede övergå till en distribuerad decentral konfiguration. 1 Decentraliserad installation Denna installationstyp är idag den vanligaste inom numerisk teknik. Här är det frågan om decentraliserade fackenheter som installeras i omedelbar anslutning till effektbrytarna och relativt nära huvudmättransformatorn. Detta innebär att kabeldragningsarbetet reduceras betydligt. Varje fackenhet är kopplad till centralenheten via en fiberoptisk ledare och är därmed immun mot elektromagnetisk inverkan. 0 ABB Tidning 5/1997
6 visar en decentraliserad installation. Denna struktur kan installeras i ett fack i taget i befintliga ställverk. Därför behöver inte driften av samlingsskenan brytas under något moment av installationen. 1 1 -brytarsystem Ett exempel på 1 1 -brytarsystem visas av 7. Varje brytare är tillordnad en fackenhet där alla mätresultat och brytarställningar lagras. 4 4 4 4 5 Drifterfarenheter I mer än 90 % av alla anläggningar genomförs installationerna idag decentraliserat. Detsamma gäller ofta för moderniseringsprojekt. Samtliga installationer med det numeriska samlingsskeneskyddet REB 500 några är i drift ända sedan januari 1995 fungerar till respektive kunds fulla belåtenhet. I två välkända fall har det numeriska samlingsskeneskyddssystemet utsatts för extremt ogynnsamma villkor (externa fel med lång varaktighet), men uppvisade icke desto mindre kontinuerligt hög stabilitet och selektivitet [4]. En enpolig jordslutning i ett gasisolerat ställverk på 80 kv (vid 1,8 I n ) som uppstod i februari 1997 kopplades bort efter bara 6 ms. Hög tillförlitlighet För att nå hög tillförlitlighet har en princip utvecklats som bygger på övervakning, feldiagnos och felregistrering. Hög tillförlitlighet och säkerhet för systemet garanteras genom omfattande test under utvecklingsarbetet och under tillverkningen, i kombination med den kontinuerliga självövervakningen under drift. För specifikation, konstruktion och tilllämpning av programvaran har strukturerade metoder och verktyg utvecklats. Sär- 6 Skyddssystemet REB 500 decentraliserad installation 1 Centralenhet 5 Fiberoptisk ledare Människa/maskin-kommunikation 6 Koppling till stations- Skrivare automationssystemet 4 Fackenhet skild uppmärksamhet har fästs vid modulariteten och möjligheten till utbyggnad och återanvändning av systemkomponenterna. Allt detta har lett till en öppen, modulär och flexibel maskin- och programvaruplattform med samlingsskeneskydd som primär tillämpning. Ekonomiska aspekter 1 Låga driftkostnader Det numeriska samlingsskeneskyddet REB 500 är en tekniskt och ekonomiskt intressant produkt. Det positiva mottagandet från många användare bekräftar behovet av en sådan lösning. Omfattande självövervakning och integrerad händelseoch störningsregistrering med möjlighet att integrera skyddet i modern stationsstyrteknik erbjuder många ekonomiska och driftmässiga fördelar. Minimal kabeldragning För att ansluta ett samlingsskeneskydd utfört med konventionell teknik till själva ställverket krävs en stor mängd kopparledare. Kablarna till mättransformatorerna kan behöva ledare med area upp till 16 mm, beroende på avståndet. Kostnaden och arbetsinsatsen för sådan kabeldragning är hög. Här märks i särskilt hög grad fördelarna med den decentraliserade strukturen för REB 500. Om fackenheterna installeras i omedelbar anslutning till respektive ställverksfack, inskränker sig arbetet med kopparkabelförläggning till några få meter med motsvarande reduktion av ledart- 6 ABB Tidning 5/1997 1
4 1 1 1 1 1 1 [4] Ilar, M.: Decentralised numerical busbar and breaker failure protection. IEEE Conference, november 1996, Monterrey/Mexico. [5] Ilar, M.; Nygaard, B.: Numerical busbar protection with distributed functionality. New Concept in Power System Control, MIPRO, Opatija/Kroatien. [6] Sander, B.; Läderach, S.; Ungrad, H.; Ilar, F.; de Mesmaeker, I.: Adaptive protections based on interaction between protection and control. Cigre, Session 1994, Paris, Rep. 4 05. 4 1 1 -brytarsystem med samlingsskeneskydd, brytarfelsskydd samt överströmstidskydd 7 1 Fackenhet Stationsautomationssystem Centralenhet 4 Skyddszoner på samlingsskenan värsnittsarean som ytterligare plus. För att koppla fackenheten till centralenheten behövs bara två fiberoptiska ledare. Om en fiberoptisk flerledarkabel används kan de lediga ledarna utnyttjas för ytterligare digitala signaler, t ex för mätning. På detta sätt kan totalkostnaden för ett decentralt konfigurerat samlingsskeneskydd minskas påtagligt. Slutsatser Ett numeriskt system kräver i jämförelse med konventionella lösningar betydligt mindre maskinvara och kabeldragning i ställverken. Funktionerna definieras programvarumässigt med hjälp av specialutvecklade programmeringsverktyg och MMC-funktioner. I jämförelse med konventionella system blir den totala tiden för att realisera ett projekt kortare. Vid decentraliserade installationer ersätts de konventionella kablagen av ett fåtal fiberoptiska ledare, något som öppnar möjligheter till en ny installationsfilosofi. Med den kontinuerliga utvecklingen inom givartekniken kan ytterligare kostnadsminskningar för totalsystemet påräknas. Referenser [1] Peck, D. M.; Nygaard, B.; Wadelius, K.: A new numerical busbar protection system with bay-oriented structure. IEEE Fifth International Conference on Developments in Power System Protection. University of York, UK, mars 199. [] Eschermann, B.; Terwiesch, P.; Scherer, K.: Kontinuerlig självövervakning för tillförlitligt skydd av högspänningsanläggningar. ABB Tidning /1996, 18 4. [] Bertsch, J.; Feser, K.; Fromm, W.; Gasparini, M.: New algorithms for a numerical busbar protection system. IEEE/KTH Stockholm Power Tech. Conference, 18 juni 1995. Författarnas adress Majda Ilar Beat Reimann Dieter Brunner ABB Network Partner AG CH-5401 Baden Fax: +41 (0) 56 05 511 E-mail: dieter.brunner@chnet.mail.abb.com ABB Tidning 5/1997