CZAZ-U Uniwersalny Cyfrowy Zespół Automatyki Zabezpieczeniowej i Sterowniczej dla rozdzielni średniego napięcia Mgr inż. Michał Krzęcio ZEG-ENERGETYKA Sp. z o.o. Opisany w artykule zespół CZAZ-U zapewnia kompleksową obsługę pola rozdzielni średniego napięcia, zarówno z punktu widzenia selektywnego oraz niezawodnego zabezpieczenia, jak również sterowania polem, z uwzględnieniem konfiguracji łączników, wszystkich niezbędnych blokad i automatyki. Bogata biblioteka funkcji zabezpieczeniowych umożliwia wykorzystanie różnorodnych kryteriów pomiarowych do wykrycia nieprawidłowego stanu pracy zabezpieczanego pola rozdzielni średniego napięcia. Wstęp Zespół automatyki zabezpieczeniowej i sterowniczej typu CZAZ-U, to najnowszy produkt w ofercie ZEG-ENERGETY- KA, przeznaczony dla sieci rozdzielczej średnich napięć. W konstrukcji zespołu zachowano sprawdzone oraz cenione przez użytkowników cechy i parametry zespołów CZAZ w dotychczasowych wykonaniach, wprowadzając jednocześnie istotne modyfikacje wynikające z postępu technicznego i zmieniających się wymagań dla elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej. Fot.1. Uniwersalny cyfrowy zespół automatyki zabezpieczeniowej CZAZ U. W artykule przedstawiono wybrane funkcje i atuty zespołu oraz pokazano przykłady optymalnego wykorzystania dostępnych opcji. Zespół CZAZ-U zapewnia kompleksową obsługę pól rozdzielni średnich napięć, takich jak pole zasilające, odpływowe (liniowe, transformatorowe), łącznika szyn CZAZ-U Uniwersal Protection and Control Relay for MV power substation The article presents equipment for MV bay CZAZ-U. The CZAZ-U-type multifunction relay ensures complex service of MV bay, considering both selective and reliable protection of and control over the bay with regard to configuration of switching devices, all necessary interlocks and automation system. A library of protective functions makes it possible to utilize various measuring criteria for detecting incorrect operation status of the protect- i pomiaru napięcia, zarówno z punktu widzenia selektywnego i niezawodnego zabezpieczenia, jaki również w zakresie sterowania polem, z uwzględnieniem konfiguracji łączników oraz wszystkich niezbędnych blokad i automatyki. W konstrukcji zespołu postawiono na wyrafinowane i wszechstronne rozwiązania funkcjonalne, ukryte pod prostą i przyjazną obsługą oraz czytelną graficzną konfiguracją. Wyzwania stawiane producentom przez użytkowników automatyki zabezpieczeniowej i sterowniczej pól średnich napięć sprawiły, że powstało urządzenie łączące cechy sterownika specjalizowanego oraz programowalnego. Wszystko, co z punktu widzenia optymalnej i bezpiecznej obsługi pola jest konieczne, zostało zdefiniowane w sterowniku specjalizowanym. To, co wykracza poza standardowe i powszechne zastosowanie, może być konfigurowane w sterowniku programowalnym. Automatyka Elektroenergetyczna Nr 2/2007 59
Urządzenie posiada 28 wejść dwustanowych (w tym 21 programowalnych) i 21 przekaźników wykonawczych (w tym 14 programowalnych) oraz bogate wyposażenie sterownika programowalnego. Umożliwiają one realizację dowolnych zależności logiczno-czasowych, sygnalizację stanów pracy pola oraz współpracę z innymi urządzeniami. CZAZ-U dostępny jest w wykonaniu natablicowym oraz zatablicowym. Do użytkownika należy również wybór zespołu wyposażonego w wyświetlacz graficzny czy alfanumeryczny. Zapraszamy na stronę internetową firmy, gdzie dostępna jest pełna informacja na temat zespołu CZAZ-U, zawarta w opisie technicznym, instrukcji obsługi i przykładowych aplikacjach. Zabezpieczenia Istotną cechą urządzenia CZAZ-U jest bogaty zestaw zabezpieczeń, który umożliwia kompleksową ochronę pola średniego napięcia, wykorzystując różne kryteria identyfikacji zakłócenia. Zestaw zabezpieczeń: Zestaw ten stanowią ponizsze zabezpieczenia. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne, niezależne 50/51. Trzy zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych wewnętrznych lub zewnętrznych, Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne, niezależne lub z charakterystyką czasową zależną 50/51 od przeciążeń ruchowych, Funkcje nadprądowe bezzwłoczne 50/51 obejmują dwa dodatkowe kryteria prądowe, np. dla automatyki LRW, zabezpieczenia szyn ZS lub inne niestandardowe wykorzystanie kryterium prądowego w logice programowalnej, Zabezpieczenie ziemnozwarciowe nadprądowe zwłoczne, niezależne, dwustopniowe 51N od zwarć doziemnych, Zabezpieczenie ziemnozwarciowe nadprądowe zwłoczne, z charakterystyką czasową zależną 51N od zwarć doziemnych, Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe zwłoczne, niezależne 67N od zwarć doziemnych, gdy pomiar prądu zerowego nie jest wystarczającym kryterium do prawidłowej identyfikacji zwarcia, Zabezpieczenie admitancyjne zwłoczne, niezależne 21N od zwarć doziemnych, gdy pomiar prądu zerowego nie jest wystarczającym kryterium do prawidłowej identyfikacji zwarcia, z możliwością nastawienia charakteru konduktancyjnego lub susceptancyjnego, Zabezpieczenie podnapięciowe wzgl. nadnapięciowe zwłoczne, niezależne 27/59. Dwa zabezpieczenia, każde nastawialne jako pod- lub nadnapięciowe, do ochrony rozdziel- ni przed pracą w warunkach obniżonego wzgl. podwyższonego napięcia lub jako dodatkowe kryterium działania zabezpieczenia łukochronnego VAMP, Zabezpieczenie nadnapięciowe zwłoczne, niezależne 59N do sygnalizacji wystąpienia zwarcia doziemnego w sieci, Zabezpieczenie częstotliwościowe zwłoczne, niezależne 81. Cztery zabezpieczenia, działające jako nad- lub podczęstotliwościowe, umożliwiające m.in. realizację czterostopniowej automatyki SCO, przy czym automatyka SPZ po SCO posiada własny człon pomiaru częstotliwości. Zabezpieczenie łukochronne VAMP do ochrony przed skutkami działania łuku elektrycznego, przy współpracy z czujnikiem błysku, Sygnalizator uszkodzenia izolacji kabli sygnalizuje uszkodzenia kabli, w oparciu o występowanie krótkotrwałych impulsów w prądzie zerowym, Zabezpieczenia zewnętrzne obejmują cztery zabezpieczenia, które można zrealizować w oparciu o dowolnie wybrane programowalne wejścia dwustanowe. Współpraca z zabezpieczeniem szyn zbiorczych ZS oraz układem lokalnego rezerwowania wyłączników LRW. Funkcje dodatkowe Zabezpieczenia uzupełniają nastawialne kryteria ich działania, do których należą: możliwość wyboru w zabezpieczeniach nadprądowych wielkości kryterialnej, jako wartości skutecznej składowej podstawowej prądu lub wartości skutecznej prądu, zadziałanie zabezpieczenia na wyłączenie wyłącznika w polu lub na pobudzenie sygnalizacji uszkodzenie w polu UP, funkcja PDZ przyspieszonego działania zabezpieczeń nadprądowych po załączeniu wyłącznika na zwarcie, blokada BLZ załączenia wyłącznika po zadziałaniu zabezpieczenia, blokada działania zabezpieczeń nadprądowych w zależności od kierunku przepływu mocy zwarciowej, z ukła- Rys.1. Wybór układu pola z dostępnej biblioteki 60 Nr 2/2007 Automatyka Elektroenergetyczna
dem tzw. pamięci napięciowej, blokada działania zabezpieczeń nadprądowych od udaru prądów magnesowania, występujących przy załączeniu tr ansfor matorów, programowe blokady działania zabezpieczeń konfigurowane w sterowniku programowalnym. Synoptyka pola Zespół CZAZ-U zostaje przystosowany do pracy w polu o określonym układzie łączników poprzez wybór odpowiedniego schematu pola z bogatej biblioteki układów synoptyki pola. Prezentacja graficzna podczas przeglądania układów ułatwia wybór użytkownikowi. W przypadku pola nietypowego, można zbudować układ w pełni odpowiadający wymaganiom klienta, poprzez modyfikację jednego ze standardowych układów. Wybór określonego schematu pola (rys.1) powoduje automatyczne zaprogramowanie zespołu do kontroli stanu wszystkich łączników oraz realizacji funkcji zapewniających bezpieczną obsługę pola przy sterowaniu lokalnym i zdalnym, do których należą: komunikaty i rejestracja położenia łączników oraz stanu awaryjnego niezgodności położenia styków, właściwe blokady sterowania na załączenie operacyjne i remontowe wyłącznika, sygnały gotowości operacyjnej pola do załączenia i wyłączenia, sygnał uszkodzenie w polu UP w stanie niezgodności położenia styków łączników. Na życzenie klienta urządzenie może być skonfigurowane zgodnie z wytycznymi projektanta lub użytkownika. Zależności te tworzą podstawowy trzon działania zabezpieczenia i użytkownik nie ma możliwości bezpośredniej ingerencji. Grupa sygnałów skierowanych ze sterownika programowalnego do specjalizowanego umożliwia dostosowanie pracy urządzenia do wymagań użytkownika. Sterownik specjalizowany Zdefiniowane funkcje logiczne sterownika zapewniają: kompletną obsługę wszystkich łączników w polu w zakresie kontroli i sygnalizacji stanu styków głównych oraz niezgodności położenia styków, kontrolę ciągłości dwóch obwodów wyłączających, stanu zazbrojenia napędu wyłącznika oraz blokady załączenia operacyjnego i remontowego wyłącznika, formowanie sygnału gotowości operacyjnej pola zarówno dla wyłącznika załączonego, jak i wyłączonego, współpracę z układami sygnalizacji akustycznej stacji AW / UP / AL, automatykę poawaryjną SPZ (do 5 cykli łączeniowych), automatykę poawaryjną SCO (do czterech stopni) i SPZ po SCO. Rys.2. Przykład realizacji zależności logiczno-czasowych w sterowniku programowalnym Wybór określonego schematu pola (rys.1) powoduje automatyczne zaprogramowanie zespołu do kontroli stanu wszystkich łączników oraz realizacji funkcji zapewniających bezpieczną obsługę pola przy sterowaniu lokalnym i zdalnym Sterownik programowalny Niejednokrotnie pojawia się konieczność realizacji specyficznych zależności logiczno-czasowych, które umożliwią optymalizację sposobu pracy sterownika pola. Zależności te w bardzo łatwy sposób można utworzyć w sterowniku programowalnym, poprzez wykorzystanie typowych bramek logicznych: iloczyn (AND), suma (OR), negacja (NOT), różnica symetryczna (XOR). Ze względu na graficzną interpretację zależności logiczno-czasowych, sposób działania jest czytelny i łatwy do analizy. Istnieje możliwość dodawania opisów na rysunku, testowania działania utworzonych bloków logiki, poprzez symulację stanów i obserwację zachowania wszystkich sygnałów. Testowanie utworzonych zależności logicznych obejmuje nastawione opóźnienia czasowe, co powoduje, że analiza działania uwzględnia ewentualne sekwencje czasowe. Przykład realizacji zależności logiczno-czasowych w sterowniku programowalnym przedstawiono na rys. 2. Etykiety sygnałów, oznaczone symbolem, ułatwiają identyfikację typu sygnału, np. I wejście, S sygnały ze sterownika specjalizowanego, O wyjścia, T sygnalizacja tekstowa pojawiająca się na wyświetlaczu, w powyższym przykładzie podtrzymywana do czasu naciśnięcia przycisku KAS.WWZ. Element czasowy t07 jest oznaczony symbolem graficznym, definiującym sposób działania (w tym przypadku impuls przy zboczu narastającym). Podczas wyboru sygnału na wejście lub wyjście bramki logicznej, dostępne sygnały Automatyka Elektroenergetyczna Nr 2/2007 61
Rys.3. Przykład testu zależności logiczno-czasowych w sterowniku programowalnym mają znacznik informujący, czy zostały już wcześniej wykorzystane w logice. Szereg sygnałów, posegregowanych w grupy, umożliwia realizację najbardziej wymagających zależności logicznych. Edycja nazw takich sygnałów, jak komunikaty tekstowe, wejścia dwustanowe, programowalne sygnały do rejestratora zdarzeń i zakłóceń oraz liczniki sprawiają, że obsługa urządzenia jest wygodna oraz intuicyjna. Na życzenie klienta urządzenie może być skonfigurowane zgodnie z wytycznymi projektanta lub użytkownika. Na rys.3 znajduje się przykład testu utworzonych zależności logiczno-czasowych. Możliwość wstawiania komentarzy tekstowych znacznie ułatwia uporządkowanie schematów i analizę działania. Diagnostyka pracy pola Kolejnym istotnym wymaganiem stawianym urządzeniom automatyki zabezpieczeniowej, jest diagnostyka pracy pola, zarówno w stanie normalnego działania, jak i w stanach zakłóceniowych. Platforma sprzętowa i oprogramowanie zespołu zapewniają elastyczną i niezawodną realizację funkcji zabezpieczeniowych, sterowniczych, pomiarowych oraz kontrolnych. Pomiary Podstawową funkcją są pomiary wielkości elektrycznych. Do dyspozycji jest 17 pomiarów. Są to: prądy i napięcia międzyfazowe, prąd i napięcie zerowe, moce czynne, bierne chwilowe oraz z ostatnich 15 minut; energia czynna, współczynnik mocy tudzież kierunki przepływu mocy. Wykorzystując aplikację Systemu Monitoringu i Sterowania SMiS, dedykowaną do obsługi urządzeń firmy ZEG-ENERGETY- KA Sp. z o. o. pomiary można zapisywać tabelarycznie lub na wykresie w określonych odstępach czasu. Istnieje możliwość wydruku zapisanych pomiarów lub eksportu do pliku tekstowego. Rejestrator zdarzeń Wszystkie zmiany stanu pracy pola są zapisywane w rejestratorze zdarzeń. Rozdzielczość zapisu to 1 ms, pojemność 500 zapisów. Rejestrowanych jest około 200 rozróżnialnych zdarzeń, opisujących pobudzenia oraz działania zabezpieczeń, działanie automatyki, zmiany stanu położenia styków łączników oraz wyłącznika, zmiany nastawień czy też zanik napięcia zasilającego. Rejestrator zakłóceń Rejestracja 8 przebiegów analogowych oraz 16 sygnałów dwustanowych z częstotliwością próbkowania 1000 Hz. Rejestrator zakłóceń umożliwia zapis sygnałów w plikach o określonych wielkościach. Minimalnie 1 plik 8s, maksymalnie 32 pliki 0,5s. Zespół CZAZ-U, jako sterownik polowy, umożliwia sterowanie załączeniem i wyłączeniem wyłącznika oraz sterowanie odłącznikami i uziemnikami wyposażonymi w napęd elektryczny Liczniki Diagnostyka pracy pola jest uzupełniona o szereg liczników, m.in. zadziałań poszczególnych zabezpieczeń, zadziałań automatyki poawaryjnej, wystąpienia nieciągłości w obwodach wyłączających oraz operacji łączeniowych. Pięć liczników umożliwia diagnostykę pracy wyłącznika: liczniki prądów kumulowanych wyłącznika w poszczególnych fazach, z dokładnością zliczania 0,1In w trakcie wyłączeń operacyjnych i awaryjnych, licznik zliczający wyłączenia w wyniku sterowania awaryjnego i operacyjnego, licznik zliczający wyłączenia w wyniku sterowania awaryjnego. Dostępne są również liczniki programowalne, które można wykorzystać w sterowniku programowalnym. Istnieje możliwość importu jak i eksportu oraz edycji liczników przy użyciu oprogramowania dedykowanego do obsługi urządzenia CZAZ-U. Sterowanie łącznikami Zespół CZAZ-U, jako sterownik polowy, umożliwia sterowanie załączeniem i wyłączeniem wyłącznika oraz sterowanie odłącznikami i uziemnikami wyposażonymi w napęd elektryczny. W przypadku wyłącznika, blokady załączenia 62 Nr 2/2007 Automatyka Elektroenergetyczna
są automatycznie dopasowane do ustawień konfiguracyjnych (układ pola) i wynikają z bieżącego stanu pracy pola (blokady od zabezpieczeń, zewnętrzne, technologiczne, itp.). W przypadku sterowania łącznikami, blokady sterowania realizuje się w sterowniku programowalnym. Dedykowana klawiatura sterownicza umożliwia lokalne sterowanie łącznikami. Sterowanie takie możliwe jest również zdalnie, poprzez system nadrzędny lub aplikację SMiS. Komunikacja Odczyt wszystkich parametrów stanu pracy pola możliwy jest przez system nadrzędny. Podobnie jak operacje łączeniowe i zmiany konfiguracji. Wykorzystując 16 wejść logicznych zdalnych można zrealizować w sterowniku programowalnym dodatkowe zależności logiczno-czasowe. Pobudzenie takiego wejścia następuje poprzez wysłanie rozkazu łączem komunikacyjnym. Zespół CZAZ-U posiada dwa porty komunikacyjne RS- 485 / światłowód oraz interfejs do komunikacji lokalnej RS- 232 umieszczony na panelu operatora. Wybór typów portów komunikacyjnych następuje przy składaniu zamówienia zespołu. Zespół pracuje w oparciu o dostępne protokoły komunikacyjne: MODBUS-ASCII, MODBUS-RTU, MODICON- RTU, IEC 60870-5-103. Podsumowanie Połączenie funkcjonalne sterownika programowalnego i specjalizowanego w postaci jednolitego, uniwersalnego sprzętu oraz prosta i przyjazna obsługa sprawiają, że zespół CZAZ-U jest w stanie spełnić zróżnicowane wymagania użytkowników. Platforma sprzętowa i oprogramowanie zespołu zapewniają elastyczną i niezawodną realizację funkcji zabezpieczeniowych, sterowniczych, pomiarowych oraz kontrolnych. Cztery zestawy nastaw umożliwiają szybkie dostosowanie charakterystyk rozruchowych zabezpieczeń do różnych konfiguracji pracy pola. Bezpieczna obsługa pola, zarówno przy sterowaniu lokalnym, jak i zdalnym, jest zapewniona dzięki wewnętrznym blokadom załączenia wyłącznika oraz programowalnym blokadom sterowania łącznikami. Pierwsze opinie projektantów potwierdziły zalety połączenia sterownika specjalizowanego oraz programowalnego w jednym urządzeniu, co umożliwiło spełnienie wymagań obecnie stosowanych rozdzielnic średniego napięcia. Kompletną informację na temat Cyfrowego Zespołu Automatyki Zabezpieczeniowej typu CZAZ-U, przeznaczonego dla pól średnich napięć można uzyskać na stronie producenta: www.zeg-energetyka.com.pl. Mgr inż. Michał Krzęcio, absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej w Gliwicach w specjalności: elektroenergetyka. Od 2003 r. zatrudniony w firmie ZEG-ENERGETYKA Sp. z o.o. Zajmuje się konstrukcją urządzeń automatyki zabezpieczeniowej dla pól średnich napięć, generatorów oraz bloków generator-transformator. w w w. z e g e n e r g e t y k a. c o m. p l ZEG ENERGETYKA Sp. z o.o., 43-100 TYCHY, ul. Biskupa Burschego 7 tel.: / fax 0-32 327 00 32, marketing: 0-32 786 98 09, 0-32 786 98 69 Doskonałą okazją do zapoznania się z naszą najnowszą ofertą produkcyjną będzie odwiedzenie naszego stoiska nr 26 w pawilonie J podczas tegorocznych 20. Miedzynarodowych Energetycznych Targach Bielskich ENERGETAB 2007 od 11 do 13 września 2007 r. w ZIAD Bielsko-Biała S.A. Automatyka Elektroenergetyczna Nr 2/2007 63