Wymagania techniczne dla sterowników telemechaniki w inteligentnych sieciach elektroenergetycznych SN na przykładzie Warszawy

Transkrypt

1 Wymagania techniczne dla sterowników telemechaniki w inteligentnych sieciach elektroenergetycznych SN na przykładzie Warszawy Kazimierz Chołast 1, Bartosz Pawlicki 2, Łukasz Sosnowski 3, Norbert Sienicki 4 RWE Stoen Operator, Pion Zarządzania Majątkiem Sieciowym Streszczenie: W publikacji przedstawiono aktualne spojrzenie na wymagania techniczne jakie w odczuciu RWE Stoen Operator Sp. z o.o. powinny spełniać urządzenia telemechaniki dedykowane dla inteligentnych sieci elektroenergetycznych SN. Rozważania bazują na przykładzie obszaru działania spółki jakim jest miasto Warszawa. Istnieją pewne różnice pomiędzy środowiskiem urządzeń pracujących na stacjach 110kV/SN oraz w głębi sieci SN, dlatego autorzy pragną podzielić się swoimi spostrzeżeniami i rekomendacjami, które mogą być zarówno wskazówkami dla dostawców rozwiązań jak i bodźcem do podjęcia dodatkowego dialogu w tej kwestii. słowa kluczowe: inteligentne sieci, elektroenergetyka, sterowniki telemechaniki, wymagania techniczne Wstęp Rozwój gospodarki wymaga ciągłej poprawy jakości parametrów dostarczanej energii elektrycznej, w tym ciągłości jej dostaw. Odzwierciedleniem potrzeby poprawy niezawodności jest plan Urzędu Regulacji Energetyki mający na celu wprowadzenie w 2016r regulacji jakościowej. Następstwem będzie uzależnienie stawek taryfowych Operatorów Systemów Dystrybucyjnych od uzyskanych popraw wskaźników niezawodności takich jak SAIDI (ang. System Average Interruption Duration Index) i SAIFI (ang. System Average Interruption Frequency Index). Wprowadzenie regulacji jakościowej będzie bez wątpienia silnym bodźcem przede wszystkim do intensyfikacji automatyzacji sieci średniego napięcia, która jest jednym z podstawowych sposobów poprawy niezawodności. Zanim jednak zostaną jasno określone i potwierdzone zasady nowego modelu regulacyjnego trudno wymagać, aby OSD przedstawili ostateczne specyfikacje określające wymagania techniczne oraz funkcjonalne urządzeń telemechaniki, które będą chcieli instalować w przyszłości w swoich sieciach. Z drugiej strony pojawiają się już głosy producentów, że chcąc zaoferować urządzania dostosowane do potrzeb OSD, potrzebują czasu na wdrożenie nowych funkcji, testowanie urządzeń oraz na potwierdzenie jakości odpowiednimi badaniami i certyfikatami. W chwili obecnej jedynymi wskazówkami są specyfikacje dla pilotażowych wdrożeń. Zrozumiałe jest, że to nie wystarczy i dlatego niniejszy artykuł jest odpowiedzią RWE Stoen Operator wychodzącą naprzeciw oczekiwaniom dostawców. Autorzy chcą podzielić się już w tym momencie wiedzą na temat wymagań, które z pewnością pojawią się w specyfikacjach w przyszłości. W dalszej części publikacji autorzy skupią się na określeniu wymagań związanych ze środowiskiem pracy urządzeń telemechaniki oraz z podstawowymi cechami jakie będą oczekiwane, gdy dojdzie do bardziej powszechnej niż dzisiaj automatyzacji sieci średniego napięcia. Poruszone

2 zostaną zagadnienia dotyczące zakresu temperatury pracy, zasilania, stopnia ochrony IP, odporności EMC, sposobu montażu, wymiarów, budowy oraz protokołów i interfejsów komunikacyjnych. Temperatura pracy Określenie zakresu temperatur w jakim powinny pracować sterowniki telemechaniki nie było rzeczą prostą. Wymagania zapisane w standardach RWE dotyczące poszczególnych urządzeń instalowanych na obiektach elektroenergetycznych stanowią różne zakresy temperatur wynikają one często z innych norm obowiązujących dane urządzenia oraz ze środowiska w jakim pracują. Ciężko porównywać wymagania szczególnie w kwestii dolnego zakresu temperatur na stacji 110kV/SN, na której zazwyczaj panują temperatury dodatnie, z nieogrzewaną stacją SN/nN. Pośród samych stacji SN/nN można również wyróżnić co najmniej 3 typy, których budowa i usytuowanie ma wpływ na minimalną temperaturę w jakiej powinny pracować urządzenia: stacje wnętrzowe w obrysie budynków, stacje wolnostojące wnętrzowe i stacje napowietrzne. Z racji potrzeby zdefiniowania standardu dla wszystkich tego typu obiektów należy rozpatrywać tu przypadek najbardziej niekorzystny tj. stację napowietrzną. Podobnie przestawia się sytuacja w kwestii górnej granicy zakresu ponieważ na stacjach SN/nN urządzenia mogą być instalowane w szafach na elewacji budynków lub rozdzielnic, a więc mogą być to obudowy wyeksponowane na działanie promieni słonecznych, co na stacjach 110kV/SN nie ma miejsca. Z tego powodu stosowanie zakresu temperatur od -5 C do +40 C jak dla EAZ na stacjach WN nie może mieć tu miejsca. Według wspólnej specyfikacji na zakup liczników bilansujących instalowanych w stacjach SN/nN temperatura pracy musi wynosić od -25 C do +55 C, a więc jeżeli urządzenia te będą pracować w podobnych warunkach temperatury pracy co RTU to wymagania dla telemechaniki powinny również zawierać się co najmniej w tym zakresie. Z kolei standard RWE obowiązujący w Niemczech dotyczący temperatury pracy urządzeń telemechaniki na stacjach SN/nN mówi, że powinny one pracować w zakresie od -20 C do +70 C. Należy jednak wziąć pod uwagę tutaj lokalne uwarunkowania. W Warszawie dane historyczne pokazują, że temperatury poniżej -25 C należą do marginalnych i prawie nie występują, ale od -25 C do -20 C są notowane co kilka lat. Bazując na powyższych obserwacjach rekomendowany jest zapis z niemieckiego standardu obniżony o 5 C, a więc urządzenia telemechaniki powinny pracować w temperaturze od -25 C do +65 C. W związku z faktem, że część urządzeń systemu AMI wykorzystująca docelowo wspólne zasilanie z telemechaniką wymaga pracy w temperaturze -40 C do +70 C, zakres urządzeń AMI wymagany będzie dla urządzeń zasilających sterowniki telemechaniki. W pierwszej chwili podane zakresy mogą wydawać się trudne do spełnienia, jednak po bliższym zapoznaniu się z ofertą rynkową 7 z 12 urządzeń różnych producentów dostępnych na rynku już w tym momencie spełnia podane wymagania. Wydaje się, że w przypadku 5 pozostałych urządzeń może to być tylko kwestia przeprowadzenia odpowiednich badań potwierdzających możliwość ich pracy w szerszych zakresach temperatury. Należy zaznaczyć, że mając na uwadze wykorzystanie energooszczędnych rozwiązań zarówno stosowanie wentylatorów jak i grzałek w szafkach nie będzie akceptowane. Wynika to również z przesłanek eksploatacyjnych w przypadku

3 uszkodzenia grzałki często brak jest takiej informacji i urządzenia mogą być narażone na pracę poza dopuszczalnym przez producenta zakresem temperatur. Budowa Stacje SN/nN budowane są najczęściej jako prefabrykowane stacje kontenerowe lub stacje wnętrzowe. W każdym z tych przypadków pożądane jest ograniczenie ilości miejsca niezbędnej dla urządzeń lub do posadowienia stacji. Mając na uwadze powyższe oraz równolegle realizowany projekt instalacji modułów bilansujących w stacjach (MBS) preferowane będą rozwiązania, które zmieszczą się wewnątrz przestrzeni szafy MBS przewidzianej dla telemechaniki stacyjnej wymiary wynoszą 170mm x 500mm x 150mm (wysokość x szerokość x głębokość). Wymagany będzie montaż na szynie TH35, a obudowa sterownika powinna zapewniać stopień ochrony co najmniej IP2X. Ze względu na możliwość rozbudowy układu telemechaniki preferowana jest budowa modułowa urządzeń pozwalająca na rozszerzenie funkcjonalności w przyszłości. Zasilanie Wartym wyspecyfikowania już w tym momencie jest napięcie zasilania urządzeń. Spośród powszechnie wykorzystywanych wartości standardem wykorzystywanym będzie gwarantowane 24VDC. Wybór takiego napięcia ma szereg zalet z punktu widzenia zastosowania na obiektach takich jak stacje SN/nN. Zarówno napędy, elementy sygnalizacyjne, wskaźniki zwarcia są obecnie powszechnie oferowane w wersji do zasilania napięciem 24VDC. Napięcie takie, przy długościach przewodów w obrębie stacji, jest w zupełności wystarczające. Warto podkreślić, że zasadniczą zaletą jest również prostota i niewielki koszt zapewnienia źródła rezerwowego w postaci 2-óch szeregowo połączonych ogniw 12V (np. akumulatorów żelowych). Warto nadmienić, że zasilacze 230VAC/24VDC będą musiały pracować we wspomnianym wcześniej zakresie temperatur -40 C do +70 C. Komunikacja Standardowym protokołem komunikacyjnym w RWE Stoen Operator wykorzystywanym do komunikacji pomiędzy serwerami SCADA i obecnie instalowanymi urządzenia telemechaniki jest protokół DNP 3.0. Jest to rozwiązanie sprawdzone i dobrze znane, dlatego będzie ono również wykorzystane przy automatyzacji sieci SN. Z pewnością atutem będzie obsługa protokołu IEC jako rozwiązania alternatywnego do wykorzystania w przyszłości. Łączność z systemem nadrzędnym będzie realizowane na pomocą dedykowanego łącza ethernetowego (rozwiązanie docelowe) lub za pośrednictwem modemu 3G (rozwiązanie przejściowe), dlatego obie formy komunikacji będą wymagane w początkowych wdrożeniach. Zaleca się, żeby modem 3G był elementem opcjonalnym. Komunikacja sterowników telemechaniki z urządzeniami podrzędnymi takimi jak analizatory, mierniki czy wskaźniki musi odbywać się w protokole Modbus RTU. Urządzenia te podłączone będą w standardzie transmisji RS-485. Opisany sposób komunikacji jest powszechnie wykorzystywany przy wielkoskalowych wdrożeniach zagranicznych oraz jest

4 dobrze znany z aplikacji na stacjach elektroenergetycznych WN. Jest to również standard najpowszechniej spotykany wśród oferowanych na rynku urządzeń podrzędnych. Nie bez znaczenia jest możliwość zdalnej parametryzacji i konfiguracji urządzeń. Ze względu na znaczne rozproszenie urządzeń na sieci SN możliwość taka jest jedną z kluczowych. Na bazie doświadczeń pozyskanych z programów pilotażowych rekomendowane jest wykorzystanie dostępu przez WebServer y. Zastosowanie dodatkowych programów konfiguracyjnych jest akceptowalne. W obu przypadkach musi być możliwość zestawienia połączenia ze stanowiska inżynierskiego włączonego do dedykowanej sieci. Jednym z istotnych wymagań jest dowolna możliwość zmiany numeru portu, na którym zestawiane jest połączenie dla łącza inżynierskiego, jak i komunikacja z systemem nadrzędnym. Kompatybilność elektromagnetyczna Sterowniki telemechaniki w inteligentnych sieciach elektroenergetycznych SN muszą spełniać postanowienia zawarte w ustawodawstwie polskim i europejskim, a w szczególności określone w Ustawie z dnia 13 kwietnia 2007 r. o kompatybilności elektromagnetycznej (Dz.U ) jak również muszą posiadać dokumenty potwierdzające spełnienie Dyrektywy 2004/108/WE Parlamentu Europejskiego i Rady UE z dnia 15 grudnia 2004 r. w sprawie zbliżenia ustawodawstw Państw Członkowskich odnoszących się do kompatybilności elektromagnetycznej oraz uchylająca dyrektywę 89/336/EWG (Dz.U. UE L ). Sterownik telemechaniki powinien spełniać również wymagania dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej określone w normach PN-EN 61000P Kompatybilność elektromagnetyczna EMC (norma wieloarkuszowa), w szczególności: PN-EN :2008P Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 6-2: Normy ogólne - Odporność w środowiskach przemysłowych i PN-EN :2008P+A1:2012P Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 6-4: Normy ogólne - Norma emisji w środowiskach przemysłowych. Dostarczane urządzenia powinny posiadać dokument potwierdzający dokonanie pomiarów zgodnie z normą PN-EN 55022:2011P Urządzenia informatyczne - Charakterystyki zaburzeń radioelektrycznych - Poziomy dopuszczalne i metody pomiarów, której celem jest określenie jednolitych wymagań dotyczących poziomu zakłóceń radiowych urządzeń, ustalanie limitów na zakłócenia oraz opis metod pomiaru i ujednolicenie warunków pracy i interpretacji wyników. Zgodnie z tą normą dostarczane urządzeniem powinny być wykonane w klasie B natomiast przeprowadzone badania typu powinny spełniać wymagania określone w normie PN-EN : Przekaźniki pomiarowe i urządzenia zabezpieczeniowe - Część 26: Wymagania dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej. Ważny wymogiem jest aby dostarczane zespoły urządzeń był urządzeniami wyposażonymi w zasilacze prądu stałego klasy I, a ich pozostałe elementy i podzespoły powinny odpowiadać klasę II według wymagań określonych normą PN-EN 60950:2002E Bezpieczeństwo urządzeń techniki informatycznej oraz PN-EN :2007P+A1:2011E

5 +A11:2009E+A12:2011E Urządzenia techniki informatycznej - Bezpieczeństwo - Część 1: Wymagania podstawowe. Natomiast, dla spełnienia minimalnych wymogów dotyczących odstępów izolacyjnych powietrznych, odstępów izolacyjnych powierzchniowych i izolacji stałej urządzeń, zakres wytrzymywanych napięć udarowych powinien być nie niższy niż 1,5kV zgodnie z normą PN-EN :2011P Koordynacja izolacji urządzeń elektrycznych w układach niskiego napięcia - Część 1: Zasady, wymagania i badania. Podsumowanie Autorzy mają nadzieję, że przedstawione w artykule wymagania ułatwią dopasowanie oferty produktów do przyszłych potrzeb RWE Stoen Operator jak i innych spółek dystrybucyjnych. Kształtując oczekiwania wobec urządzeń telemechaniki dedykowanych sieciom średnich napięć bazowano na własnych doświadczeniach eksploatacyjnych, na standardach obowiązujących w spółce oraz standardach stosowanych w grupie RWE szczególnie w Niemczech. Należy pamiętać, że wymagania formułowane w niniejszym artykule związane są niejednokrotnie z charakterem obszaru działalności firmy, dlatego wymagania pozostałych spółek dystrybucyjnych mogą być w pewnych kwestiach bardziej lub mniej rygorystyczne. Autorzy mają nadzieję, że przedstawione informacje okażą się przydatne, a czas jaki pozostał do wprowadzenia regulacji jakościowej uda się dostawcom wykorzystać na sprostanie oczekiwaniom OSD. RWE Stoen Operator jest spółką otwartą na dialog techniczny, dlatego wszelkie pytania i dyskusje poświęcone poruszanym zagadnieniom będą mile widziane. Kontakt: RWE Stoen Operator sp. z o.o., ul. Piękna 46, Warszawa 1) Kazimierz.Cholast@rwe.pl, 2) Bartosz.Pawlicki@rwe.pl, 3) Lukasz.Sosnowski@rwe.pl, 4) Norbert.Sienicki@rwe.pl