Pacis C264 P - schneider energy

MiCOM C264-P
- wszędzie tam gdzie
zabezpieczenia nie
wystarczają…
Aut. Mgr inŜ. Krzysztof Kulski
Wszyscy przyzwyczajeni jesteśmy do istniejącego od lat trwałego podziału funkcji w
urządzeniach elektroenergetycznych - podziału między urządzenia zabezpieczające,
mierzące i nadzorujące pracę. PoniewaŜ stacja elektroenergetyczna zawiera w sobie
co najmniej dwa z trzech wymienionych powyŜej urządzeń kaŜdy szanujący się
dostawca oferuje szeroki ich wybór.
WyŜej wymieniony podział jest ze wszech miar uzasadniony – inni inŜynierowie
zajmują się częścią zabezpieczeniową, inny częścią rozliczania energii a jeszcze inni
monitorowaniem i zarządzaniem stacją. RóŜne są równieŜ centra rozwoju – przed
którymi stawiane są róŜne cele – szybki i sprawny mechanizm próbkowania wartości
analogowych w zabezpieczeniach, dokładność próbkowania w centrach
pomiarowych, czy dokładność znacznika czasowego i synchronizacji czasowej w
systemach nadzoru stacji. RóŜne są równieŜ szkolenia dla poszczególnych osób
zajmujących się eksploatacją odmiennych urządzeń. Podział stary jak świat – choćby
dlatego, Ŝe zgodnie z zasadą jeśli coś jest dedykowane tylko do jednego celu to
wiadomo, Ŝe będzie w tej dziedzinie „specjalistą”.
Jest jednak druga strona medalu: trzy róŜne urządzenia to większy koszt
eksploatacji, szkoleń, uruchomień, konfiguracji. Więcej miejsca w szafie i więcej prac
projektowych niezbędnych do powiązania ze sobą funkcji rozproszonych między
urządzenia. I pomimo dywersyfikacji funkcji między róŜne urządzenia przy awarii
jednego z nich pole zwykle naleŜy odstawić – w przypadku awarii zabezpieczenia
praca pola jest bardzo niebezpieczna, awaria układu licznikowego - brak moŜliwości
rozliczeń, awaria systemu nadzoru – brak moŜliwości zarządzania polem a w
przypadku stacji bezobsługowych – brak informacji z obiektu.
Jak zwykle nie ma rozwiązania idealnego. KaŜdy obiekt trzeba rozpatrywać
oddzielnie, biorąc pod uwagę wymagania bezpieczeństwa, warunki uŜytkowania,
eksploatacji i … cenę rozwiązania.
Warto jednak mieć wybór ! I taka właśnie idea przyświecała przy tworzeniu
rozwiązania zcentralizowanego wiąŜącego ze sobą funkcje zabezpieczeniowe oraz
funkcje potocznie nazywane telemechaniką.
Historycznie patrząc takie rozwiązania juŜ są - tzn. rozwiązania w dziedzinie
powiązania funkcji zabezpieczeniowych i funkcji sterownika pola, przykładem jest
MiCOM P139. Innym przykładem hybrydy jest sterownik polowy MiCOM C434 do
którego moŜemy podłączyć kilka urządzeń pomiarowych w protokole Modbus.
Tym razem koncern AREVA proponuje najnowsze rozwiązanie oparte na standardzie
IEC 61850:
MICOM C264-P
Czym jest MiCOM C264-P a właściwie czym się róŜni od normalnego komputera
polowego MiCOM C264 (z systemu PACIS) i dlaczego mówimy o nim w kontekście
zabezpieczeń? Odpowiedź nasuwa się sama: proponujemy hybrydę zawierającą w
sobie zarówno funkcje zabezpieczeniowe, funkcje sterownika polowego oraz funkcje
koncentratora danych.
Charakterystyka MiCOM C264-P
Część zabezpieczeniowa MiCOM C264-P oparta jest na modelu z
zabezpieczeń platformy P20 (typowo MiCOM P127). Te same algorytmy, ta
sama prosta obsługa. Z jedną zasadniczą zmianą: moŜliwość zbudowania
dowolnej logiki – zarówno sterowanej zdarzeniowo jak i sekwencyjnej opartej
na standardzie ISAGraph (IEC 1131-3)
).
Fukcje
3-faz nadprądowe
3-faz kierunkowe nadprądowe
ANSI
kod
50/51
67/50/51
Kierunkowe ziemnozwarciowe
67N/50N/
51N
Kierunkowe mocowe / IeCosϕ
ϕ
32N
Podprądowe
37
Nadprądowe składowej przeciwnej
46
Podnapięciowe
27
Nadnapięciowe
59
LRW
Pod częstotliwościowe
50BF
Nad częstotliwościowe
81U
81O
Częstotliwościowe df/dt
81R
Uo
59N
Rys 1 Zestaw funkcji zabezpieczeniowych zaimplementowanych w urządzeniu
Część „telemechaniki” oparta jest na modelu komputera polowego MiCOM C264-P z
całym dziedzictwem tego urządzenia: zaimplementowanymi protokołami
komunikacyjnymi (IEC 60870-5-103, -101, -104, IEC 61850, DNP3 (TCP/IP),
Modbus, Modbus TCP/IP, DNP3), moŜliwością pracy jako koncentrator dodatkowych
urządzeń w polu, translatora protokołów komunikacyjnych, bramki do systemów
nadrzędnych.
SCADA
T101, T104, DNP3.0, MODBUS, IEC
618650
Lokalne stanowisko HMI
Local printer
SOE
Komunikacja do innych
urządzeń IEDs
T103, MODBUS, DNP3.0
Rys 2. MoŜliwości zewnętrznych interfejsów MiCOM C264-P
WaŜnym zaznaczenia jest, Ŝe wewnątrz urządzenia cześć zabezpieczeniowa pracuje
na oddzielnym procesorze niŜ cześć telemechaniki. Praca funkcji jest całkowicie
niezaleŜna, tzn. Ŝe przy awarii jednej z nich, druga pracuje (oczywiście wszystkie
funkcje powiązane nie będą działać poprawnie). Dla przykładu awaria części
zabezpieczeniowej nie wpływa na transmisję sygnałów do systemu nadrzędnego z
drugiej strony przepełnienie bufora zdarzeń (ponad 2000 zdarzeń) nie wpływa na
pracę funkcji zabezpieczeniowej.
Jedyną wspólną częścią jest zasilacz (który juŜ niedługo będzie redundantny) oraz
obudowa urządzenia. Odnośnie obudowy moŜemy dodać iŜ moŜna przedni panel
koncentratora oddzielić od jego obudowy i umieścić w odległości do 15. Idąc dalej
moŜna (jeśli zaleŜy nam na skrajnych oszczędnościach) uŜywać jednego panelu
przedniego do wielu urządzeń – umieszczając pod zamontowanym panelem
przednim przełącznik moŜemy dowolnie wybierać pole, z którego chcemy
odczytywać informacje.
MiCOM C264-P podobnie jak C264 czy teŜ MiCOM P139 ma budowę modułową.
Pewne karty są niezbędne, jak:
- karta zasilacza;
- karta procesora telemechaniki;
- karta procesora funkcji zabezpieczeniowych i koprocesora dla próbkowania sygnału
analogowego;
- karta 5 wyjść przekaźnikowych 5 wejść binarnych;
- karta bezpośrednich wejść z przekładników pomiarowych- 5 – napięć, 4 prądy.
Pozostałe karty są opcjonalne i moŜemy tu wymienić:
- karta 16 wejść binarnych (uniwersalna od 24V do 230V DC)
- karta 10 wyjść przekaźnikowych;
- karta pomiarów analogowych: 4-20mA, 0-10V;
- karta wewnętrznego Swacha (4 porty RJ45 + 2 porty światłowodowe);
- karta wyjść analogowych;
- wzmocniona karta wyjść przekaźnikowych dla bezpośredniego zarządzania
wyłącznikiem i odłącznikami (8 wejść, 4 wyjścia);
Konfiguracja i uruchomienie
W przypadku typowych zabezpieczeń mamy narzędzie MiCOM S1. W przypadku
MiCOM C264-P mamy równieŜ MiCOM S1 – ale dotyczy to tylko części
zabezpieczeniowej. Za pomocą tego narzędzia dokonujemy zmiany wartości
parametrów funkcji zabezpieczeniowych bez wpływu na funkcje telemechaniki.
Moduł do obsługi MiCOM C264-P jest bardzo prosty (tak jak w przypadku platformy
P20) wystarczy jeden dzień szkolenia aby opanować sposób parametryzowania
funkcji zabezpieczeniowych.
Z drugiej strony mamy rozbudowaną cześć logiczną urządzenia, pozwalającą na
budowanie bardzo skomplikowanych logik. Konfigurację tej części dokonujemy w
narzędziu SCE, które jest równieŜ narzędziem dla części telemechaniki.
RównieŜ za pomocą oprogramowania SCE wykonujemy schemat jednokreskowy
pola, dokonujemy konfiguracji alarmów, zdarzeń i plików zakłóceń.
Narzędziem SCE dokonamy równieŜ wzajemnego powiązania między róŜnymi
polami i automatykami stacyjnymi opartymi na tych polach, np. automatykę blokad
międzypolowych, zrzutu obciąŜenia, LRW czy teŜ zaawansowaną automatykę
szybkiego przywrócenia zasilania, którą dzięki zaimplementowanym w C264-P
funkcjom standardu IEC 61850 moŜna bardzo szeroko rozwinąć (szczególnie biorąc
pod uwagę funkcję GOOSE – Generic Oriented Secvence Event – która potrzebuje
na przesłanie informacji z jednego urządzenia do drugiego tylko 4ms).
Dlaczego aŜ dwa narzędzia? Są aplikacje w których wszystkie prace będą zlecone
firmie AREVA – uŜytkownik nie zaprząta sobie głowy konfiguracją i potrzebuje
jedynie prostych narzędzi do diagnozowania urządzenia. Są aplikacje gdzie
konfigurację podstawową wykonuje AREVA ale reszta prac jest po stronie
uŜytkownika –ma on moŜliwość zmiany nastaw, blokowania pewnych automatyk, etc.
Są teŜ aplikacje w których uŜytkownik chce mieć moŜliwość całkowitego
przekonfigurowania urządzeń.
W przypadku pracy z C264-P wszystkie te opcje są moŜliwe!
Jeśli uŜytkownik chce mieć tylko oprogramowanie diagnozujące pracę urządzenia –
otrzymuje wraz z urządzeniem bezpłatny pakiet CMT (Computer Management Tool) i
moŜe dokonywać diagnostyki przez przedni port urządzenia, modem telefoniczny,
Ethernet (TCP/IP) lub przez przeglądarkę WWW.
Rys 3 Widok przeglądarki WWW z dostępem do C264-P
Jeśli uŜytkownik Ŝyczy sobie mieć pełen dostęp do wszystkich funkcji
konfiguracyjnych naleŜy dostarczyć mu oprogramowanie SCE oraz SMT.
Warto w tym momencie wspomnieć, zasadniczą róŜnicę między rozwiązaniem
opartym tylko na zabezpieczeniach a rozwiązaniem opartym na standardzie IEC
61850. W tym drugim działającym na MiCOM C264-P konfiguracja moŜe być
rozproszona, tzn np. szybkie automatyki blokad, odciąŜenia częstotliwościowego, czy
funkcji RABIT (o której w następnym rozdziale) są rozproszone między poszczególne
elementy systemu (poszczególne MiCOM C264). Zaleta: nie ma tu centralnego
punktu, jednego mózgu sterującego procesem. Redundancja jest zatem juŜ na etapie
funkcji. W takim przypadku niezbędne jest narzędzie umoŜliwiające utrzymywanie
stałej kontroli nad spójnością konfiguracji systemu, poniewaŜ zmiana wprowadzona
w jednym urządzeniu moŜe (ale nie musi) wpłynąć na pracę całego systemu.
Tutaj pomocnym staje się rozwiązanie AREVy bazujące na podwójnej konfiguracji
przechowywanej w kaŜdym elemencie systemu. Przykładem moŜe być załadowanie
do systemu konfiguracji zawierającej błąd uniemoŜliwiający jej poprawną pracę – w
takim przypadku wystarczy jedną komendą wysyłaną jednocześnie do wszystkich
elementów systemu rozkazać przejście na pracę z wcześniejszą wersją. System
będzie pracował z poprzednią wersją a my mamy czas aby naprawić usterkę. Ta
funkcjonalność jest jednym z elementów które wyróŜniają nas na tle konkurencji.
Przykłady zastosowań
Właściwie brak ograniczeń co do zastosowania MiCOM C264-P. Urządzenie równie
dobrze sprawdza się w roli zabezpieczenia jak i w roli sterownika polowego czy teŜ
komputera telemechaniki. Typowym zastosowaniem MiCOM C264-P jest
umieszczenie go w polach sprzęgła gdzie moŜe pełnić rolę koncentratora
telemechaniki a dodatkowo pełnić rolę sterownika polowego pola sprzęgła z
zaimplementowaną automatyką SZR.
Idealnym przykładem zastosowania MiCOM C264-P są stacje energetyczne gdzie
zasilanie jest w konfiguracji rotundy (koła). Gdzie oprócz funkcji zabezpieczeniowych
MiCOM C264-P na bieŜąco monitoruje topologię stacji i w przypadku wykrycia
zwarcia dokonuje przełączeń w polach zasilających izolując uszkodzony odcinek linii
i przywracając zasilanie. Typowy czas takiej logiki - czyli przywrócenia zasilania
wynosi 500ms. Właśnie taka aplikacja nazywana w AREVA funkcją RABIT została
zastosowana dla szpitala w Montpelier (Francja) – Rysunek nr 4.
Główne zasilanie
Trafo 11
Trafo 2
M
M
M
Odbiór D
M
Odbiór A
Zwarcie
M
M
M
Odbiór C
M
Odbiór B
Rysunek 4. Schemat systemu dla szpitala w Montpelier
Innym przykładem automatyki opartej na MiCOM C264-P moŜe być funkcja
zabezpieczenia szyn. W takim przypadku wykorzystujemy szybką komunikację
Ethernet (100Mbps) i funkcję GOOSE
Rysunek 3. Przykład wykorzystania MiCOM C264-P jako zabezpieczenia szyn.
MiCOM
C264-P
dzięki
zaimplementowaniu
funkcji
zabezpieczeniowych
częstotliwościowych (df/dt) bardzo dobrze będzie się nadawał dla zastosowań jako
zabezpieczenie z funkcją sterownika polowego i koncentratora danych na farmach
wiatrowych. Trzy wejścia napięciowe + dwa dodatkowe wejścia napięć
międzyfazowych z szyn zbiorczych pozwalają na realizację automatycznego
załączania wiatraka z kontrolą synchronizacji i automatyczną regulacją jego
prędkości. Zaimplementowane funkcje telemechaniki pozwalają na bardzo szybką
wymianę informacji między pozostałymi wiatrakami czy teŜ na bezpośrednie wysłanie
informacji do systemu nadrzędnego.
Kilka uwag na koniec
Generalnie moŜna wymienić następujące zalety wynikające z zastosowania MiCOM
C264-P:
• szybka wymiana informacji (poniŜej 4ms) między urządzeniami (IEC 61850);
• bezpośrednie połączenie z systemem nadrzędnym (brak centralnego
koncentratora);
• moŜliwość połączenia w redundantnym ringu Ethernetowym
- czas
rekonstrukcji ringu poniŜej 1ms ! – patent AREVA.
• moŜliwość podłączenia pozostałych urządzeń z pola (centrów pomiarowych,
liczników, sterowników procesów technologicznych, etc) – standardowe
protokoły.
• zaawansowana automatyka oparta na standardzie IsaGraph - IEC 1131-3
• bardzo konkurencyjna cena biorąc pod uwagę moŜliwości;
• wbudowany wewnętrzny Swich Ethernetowi (światłowodowy, bądź standard
RJ45);
• bufor zdarzeń ponad 2000;
• automatyczny przesyłanie plików zakłóceń do komputera archiwum;
• podwójna konfiguracja – zmniejszenie przerw w pracy obiektu;
• interfejs w pełni zaleŜny od konfiguracji – będzie pokazywał to co zostanie
zaprojektowane;
• dostęp przez WWW – zdalna obsługa lub/i monitoring;
Podsumowanie
Tak jak zaznaczyłem na wstępie artykułu dobrze jest mieć wybór. MiCOM C264-P
pozwala zaoszczędzić pieniądze nie tylko na samych kosztach zakupu sprzętu –
pozwala przede wszystkim zaoszczędzić koszty związane z pracami projektowymi
jak i z późniejszą eksploatacją. Generalnie cała idea standardu IEC 61850 pozwala
na
przesunięcie
odpowiedzialności
za
zaprojektowanie
obiektu
elektroenergetycznego z rąk projektantów na ręce inŜynierów konfigurujących
system. Szybka wymiana informacji bezpośrednio między urządzeniami (poniŜej
4ms), zaimplementowane sposoby swobodnej konfiguracji umoŜliwiają łatwą zmianę
konfiguracji stacji bez potrzeby dokonywania zmian w fizycznych połączeniach
elektrycznych. Praca projektantów ogranicza się zatem do wykonania opisu
funkcjonalnego - jak ma się zachowywać kaŜdy element stacji a reszta w rekach
inŜynierów dokonujących konfiguracji.
Z drugiej strony telemechanika jest juŜ nieodłącznym elementem stacji
elektroenergetycznej. Powiązanie funkcji zabezpieczeniowych z telemechaniką ( i
wyeliminowanie centralnego punktu jakim jest koncentrator stacyjny) jest normalną
kolejnością rzeczy. NaleŜy pamiętać Ŝe koncentratory stacyjne największy swój
rozwój dokonały w okresie kiedy kaŜdy z producentów oferował inny standard
komunikacyjny. Aktualnie dąŜymy do jednego światowego standardu IEC 61850 –
MiCOM C264-P jest po prostu odpowiedzią na aktualne trendy.
Autor:
mgr inŜ. Krzysztof Kulski
Szef sprzedaŜy krajowej i eksportowej systemów DCS
Tel: +48 601-945-409
[email protected]