Doświadczenia Schneider Electric w realizacji stacji cyfrowych opartych na technologii IEC 61850/GOOSE

DOI 10.15199/74.2016.9.18 Doświadczenia Schneider Electric w realizacji stacji cyfrowych opartych na technologii IEC 61850/GOOSE Schneider Electric experience in realization of Digital Substations based on the IEC 61850/GOOSE Technology Daniel Banica Schneider Electric jako jeden z głównych dostawców rozwiązań systemowych wprowadził w ostatnich latach na polski rynek najnowsze technologie w dziedzinie systemów sterowania i nadzoru, które znalazły zastosowanie w zakładach energetycznych i w przemyśle. Te technologie są wynikiem stałych inwestycji w rozwój hardware u oraz software u, zaplecza inżynierskiego, laboratoryjnego oraz testowego, znajdującego się w naszym zakładzie REFA Świebodzice. Dzięki nowoczesnej technologii oraz wiedzy możemy zaoferować Klientom rozwiązania, którymi mogą się cieszyć przez lata, rozbudowując swoje obiekty z gwarancją najnowszych rozwiązań technicznych. Dostępne rozwiązania w dziedzinie protokołów komunikacyjnych na poziomie telemechaniki oraz urządzeń EAZ pozwoliło nam wyjść na przeciw oczekiwaniom Klientów. Jednym z dostępnych protokołów jest IEC 61850, którego zalety zostały docenione przez użytkowników, umożliwiając im wykorzystanie wszystkich jego możliwości. Do tego zaliczamy komunikaty GOOSE, pozwalające zrealizować cyfrowe automatyki zabezpieczeniowe. Ten protokół jest dostępny we wszystkich naszych urządzeniach telemechaniki jak i w zabezpieczeniach serii MiCOM P30, P40, Sepam oraz VAMP. Technologie Pierwsze aplikacje, w których został zastosowany protokół IEC 61850, opierały się na topologii sieciowej typu gwiazda. Jednakże rynek wymusił zastosowanie technologii bardziej bezpiecznych, w których głównym celem było zagwarantowanie niezawodności sieciowej. To poskutkowało wypuszczeniem na rynek topologii sieciowej typu pierścień. Pierwszy opracowany standard, który jest własnością Schneider Electric, to SHP (Self Healing Protocol). Następnie została wdrożona topologia sieciowa typu RSTP/eRSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), która zapewnia maksymalną niezawodność typu PRP (Parallel Redundancy Protocol), pojawiła się w ostatnim czasie jako odpowiednik topologii DHP (Dual-Homing Protocol), która jest tak samo jak SHP własnością Schneider Electric. Proces implementacji standardu IEC 61850 przez Schneider Electric w polskiej energetyce został rozpoczęty w 2000 r. Doświadczenia wynikające z eksploatacji tego protokołu pozwoliły nam wdrożyć komunikaty GOOSE w gliwickim oddziale Tauron Dystrybucja przy stacjach elektroenergetycznych SE 110/20 kv Kasztanowa Mgr inż. Daniel Banica (daniel.banica@schneider-electric.com) Schneider Electric Energy Poland Sp. z o.o., Świebodzice REFA Zakład Automatyki i Systemów Elektroenergetycznych w Świebodzicach oraz SE 110/20 kv Miasteczko. Za pomocą ww. komunikatów GO- OSE zrealizowano automatyki zabezpieczeniowe, takie jak: SZR, ZSZ i LRW w rozdzielnicy SN. W dalszej części artykułu przedstawiono rozwiązania, w tym podobieństwa i różnice, jakie zastosowano w zakresie automatyk i struktury sieciowej dla obiektów wykonanych na podstawie urządzeń firmy Schneider Electric. Ścisła współpraca inżynierów Schneider Electric oraz przedstawicieli zakładu energetycznego pozwoliła zdobyć doświadczenie od momentu projektowania, przez realizację, do uruchomienia i eksploatacji. Jedną z pierwszych stacji w Polsce, w której zastosowano technologię redundantną opartą na pierścieniu SHP (Self Healing Protocol samoleczący się protokół) jest stacja SE 110/20 kv Kasztanowa. Tak jak przedstawiono na rys. 1, w skład topologii pierścieniowej wchodziły urządzenia zabezpieczające oraz urządzenia telemechaniki. Projekt ten wyróżnia się na tle innych projektów zastosowaniem cyfrowych automatyk zabezpieczeniowych oraz blokad międzypolowych. Do cyfryzacji wykorzystano komunikaty GOOSE opisane w normie IEC 61850, co pozwoliło zrezygnować z połączeń drutowych pomiędzy zabezpieczeniami. Jakakolwiek awaria połączenia sieciowego jest sygnalizowana automatycznie, a niezawodność sieci jest utrzymana dzięki topologii sieciowej pierścień SHP (zasada tworzenia pierścieni SHP została przedstawiona na rys. 2). W przypadku awarii odrutowania pomiędzy zabezpieczeniami, zostaniemy poinformowani o problemie dopiero po fakcie, gdy dana automatyka nie zadziała. W realizacji cyfrowych automatyk zabezpieczeniowych istotna jest redundancja połączeń, która ma za zadanie gwarantowanie niezawodności sieciowej, a technologia SHP spełnia te wymogi, zwłaszcza że rekonfiguracja sieci w przypadku awarii jest krótsza niż 1 ms. Architektura typu pierścień SHP korzysta z mechanizmów pozwalających na dynamiczną rekonfigurację drzewa połączeń w redundantnym ringu. Wykorzystanym mechanizmem zarządzającym komunikacją w ringach jest SHP (Self Healing Protocol). Podczas normalnej pracy sieci (rys. 3) przepływ informacji odbywa się w określonym kierunku podstawowym. W momencie awarii medium transmisyjnego lub a (rys. 4), SHP pozwala stworzyć nową logiczną topologię sieci, pomijającą uszkodzony element i zmienić kierunek przepływu danych w kierunku rezerwowym w czasie do 1 ms. Każde z połączeń ma konfigurowalny koszt przejścia, dzięki czemu otrzymujemy przewidywalne scenariusze komunikacyjne w momencie uszkodzenia połączeń lub urządzeń w sieci. To co jest najistotniejsze w architekturze typu pierścień SHP, a tym bardziej na obiekcie SE Kasztanowa, to niezawodność sieci, która jest zagwarantowana dzięki zastosowaniu pierścienia oraz niskiemu czasu rekonfiguracji sieci, który jest poniżej 1 ms. Czas rekonfigura- Rok LXXXIV 2016 nr 9 105

P543-Huta Łabędy P543-Strefa SCADA Antena GPS GPS DNP3 RS232 DNP3 RS232 Sekcja I Sekcja II. LRW, ZSZ P543-Pole3 P439-Pole3 P632-T1-Pole4 P139-T1-Pole4 P433-Pole5 P139-Pole5 P632-T2-Pole6 P139-T2-Pole6 P543-Pole7 P439-Pole7 P741-ZSZ+LRW H356 SWR212 C264 4x DIU 8x DOU IEC61850 ZPRAE SZR Port4 Port3 Gateway A300 H15x P742-Pole3 Lumel P43-Pole3 P742-T1-Pole4 P742-Pole5 P742-Pole6 P742-T2-Pole7 REG-D Trafo1 IEC61850 REG-D Trafo2 Lumel P43-Pole4 Lumel P43-Pole5 Lumel P43-Pole6 Lumel P43-Pole7 IEC61850 IEC61850 ZPRAE MSA-9 Modbus RS485 Modbus RS485 RPW FPM ZB220DC Rozdzielnia 110kV -SHP G950 2xH152+1xKIT Gateway IEC/IEC Rozdzielnia 20kV -SHP Sekcja I Sekcja II P139-Pole1 P139-Pole3 P139-Pole5 P139-Pole7 P139-Pole9 P139-Pole11 P139-Pole13 P139-Pole14 P139-Pole12 P139-Pole10 P139-Pole8 P139-Pole6 P139-Pole4 P139-SZR Rys. 1. Architektura systemu SE 110/20 kv Kasztanowa Fig. 1. Architecture of the system SE 110/20 kv Kasztanowa Rys. 2. Wielopierścieniowa topologia systemu Fig. 2. Multiring topology of the system cji jest ważny ze względu na wymianę komunikatów GOOSE i nie może być dłuższy niż 4 ms. Inną technologią, która spełnia te wymagania jest technologia PRP (Parallel Redundancy Protocol) i wybór jej zastosowania padł na stację SE 110/20 kv Miasteczko (rys. 5). Dotąd jest to jedyna stacja w Polsce wykorzystująca tą najnowszą technologię i na pewno nie ostatnia (w trakcie realizacji w tej technologii jest stacja RS Mościckiego należąca do PGE Dystrybucja Oddział w Lublinie, rys. 6), ponieważ została stworzona z myślą o cyfrowych stacjach. Architektura typu podwójna gwiazda PRP (rys. 7) korzysta z dwóch oddzielnych sieci Ethernetowych działających równolegle. Podczas normalnej pracy sieci przepływ informacji odbywa się równolegle w obu sieciach LAN. Każdy podwójnie podłączony węzeł PRP ma interfejs do każdej sieci LAN i wysyła ramkę jednocześnie do każdej z tej sieci LAN. Odbiorca otrzymuje w normalnym trybie obie ramki 106 Rok LXXXIV 2016 nr 9

Rys. 3. Schemat transmisji danych podczas podstawowej pracy sieci w architekturze ringu SHP Fig. 3. Diagram of data transmission during the grid work in SHP ring architecture Rys. 4. Schemat transmisji danych po wystąpieniu awarii sieci w architekturze ringu SHP Fig. 4. Diagram of data transmission after the grid accident in SHP ring architecture i odrzuca duplikat. W przypadku awarii medium transmisyjnego lub a w jednej z sieci LAN, odbiorca będzie operować z ramką z drugiej sieci LAN. Informacje, które zabezpieczenia wymieniają między sobą za pośrednictwem komunikatów GOOSE, są następujące: SCO, SPZ po SCO, SZR, lokalna rezerwa wyłącznikowa, zabezpieczenie szyn zbiorczych, blokady międzypolowe, kasowanie zabezpieczeń, telesterowania, przełączenie banków nastaw. Wspólna cecha wykorzystania GOOSE na każdej z ww. stacji to wymóg Klienta dotyczący pełnej automatyzacji stacji pod względem wykorzystania połączeń cyfrowych, a co za tym idzie: redukcja kosztów związanych z projektowaniem połączeń drutowych, redukcja kosztów związanych z projektowaniem koryt kablowych, redukcja kosztów robót budowlanych, w pełni wykorzystanie komunikatów GOOSE do tworzenia automatyk. Gdy wybór pada na realizację cyfrowej stacji na poziomie obwodów wtórnych na podstawie komunikatów GOOSE, to należy działać wg określonego wzorca. Pozwoli to szybko i sprawnie zrealizować założony cel. Nabyte doświadczenie pozwoliło nam usystematyzować proces realizacji, a w dalszej części artykułu zostaną omówione poszczególne etapy tego procesu. Dlaczego GOOSE w stacjach cyfrowych? W sferze automatyk stacyjnych, automatyki zabezpieczeniowe są oparte na połączeniach miedzianych, czyli połączeniach drutowych punkt-punkt pomiędzy zabezpieczeniami (IED) z wyjściami przekaźnikowymi odrutowanymi do wejść binarnych. W ramach każdego zabezpieczenia IED, fizyczne wejścia binarne są powiązane z informacją, która ma być przetwarzana, a fizyczne wyjścia przekaźnikowe są powiązane z informacją, która ma być wysyłana do innych urządzeń IED (rys. 8 i 9). Takie podejście sprawia, że poprawianie, modyfikacja i aktualizacja logik zabezpieczeniowych stają się trudne, ponieważ w celu dodania nowych sygnałów wejściowych lub wyjściowych wymagane jest dodatkowe odrutowanie (lub ponowne odrutowanie). Coraz częstsze stosowanie sieci Ethernet i protokołu komunikacyjnego IEC 61850 oraz akceptacja standardów GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Events) przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną, wyeliminowały konieczność takiego oprzewodowania i uprościły pracę: inżynierów, architektów i projektantów sieciowych. GOOSE z definicji to szybka wiadomość wykorzystywana w systemach opartych na IEC 61850, która udostępnia ważne informacje (np. zadziałania zabezpieczeniowe i położenie łączników) pomiędzy rozproszonymi funkcjami. Komunikaty GOOSE są zarządzane przez ich odpowiednie bloki kontrolne (control block). W obrębie każdego IED wirtualne wejścia GOOSE są połączone z informacjami, które muszą zostać przetworzone, a wirtualne wyjścia GOOSE są połączone z informacjami, które muszą zostać wysłane do innych urządzeń IED (rys. 10 i 11). Protokół IEC 61850 wyszczególnia: szybką powtarzalność wiadomości GOOSE, aby uniknąć utraty danych (nawet jeśli w bardzo rzadkich przypadkach, pierwszy komunikat GOOSE zostanie utracony, pierwsze powtórzenie zostanie odebrane milisekundę później), okresową emisję GOOSE w celu poinformowania subskrybentów (subscribers), że wydawca (publisher) jest zdrowy. Komunikat GOOSE jest komunikatem grupowym. Wiadomości GOOSE są publikowane przez IED w sieci. Wszystkie inne IED, które mają na nie reagować, muszą się zapisać do tej wiadomości. Dlatego komunikat GOOSE może wysłać tylko fragment informacji o wydawcy IED. Są pewne błędne przekonania o tym, jak wiadomości GOOSE są interpretowane: wiadomość GOOSE jest wysyłana tylko od IED A do IED B (jest to nieprawda), jest to np. rozkaz typu: IED A pyta lub rozkazuje IED B do podróży (jest to również nieprawda). Rok LXXXIV 2016 nr 9 107

WindEx Odbiornik GPS Antena GPS RS232 Centrum Lokalne Koncentrator Telemechaniki 64 wejś cia binarne 64 wyjś cia przekaźnikowe P543 L1 #2 P742 L1 P543 L2 #2 P742 L2 P543 L3 #2 P742 L3 P742 L4 P742 L5 P742 L6 P742 L7 P742 Sp. P742 TR1 P742 TR2 P543 L1 #1 P439 L1 P543 L2 #1 P439 L2 P543 L3 #1 P439 L3 P433 L4 P139 L4 P433 L5 P139 L5 P433 L6 P139 L6 P433 L7 P139 L7P433 Sp. P139 SpP632 TR1P139 TR1P632 TR2P139 TR2 P741-ZSZ+LRW Switch PRP A Switch PRP A Switch PRP B Regulator Napięcia #1 Regulator Napięcia #2 RS G9 50 G Switch PRP A Switch PRP B Switch PRP B Sieć P RP A F O 1310nm Sieć P RP A F O 1310nm Switch PRP A Sepam B83 RS G9 50 G Sieć P RP B F O 1310nm Switch PRP B Sieć P RP B F O 1310nm 110kV 20kV P139 #01P139 #02 P139 #03P139 #04P139 #05 P139 #06 P139 #07 P139 #08P139 #09 P139 #10 P139 #12P139 #13 Rys. 5. Architektura systemu SE 110/20 kv Miasteczko Fig. 5. Architecture of SE 110/20 kv Miasteczko system W tab. I wymieniono kilka przykładów, w jaki sposób komunikaty GOOSE działają oraz komunikują się pomiędzy różnymi urządzeniami IED. Projektowanie Pojawienie się standardu IEC 61850 wymusiło odmienne od dotychczasowego podejście do projektowania. Zaistniała konieczność stworzenia oraz opisania logik działania: zabezpieczeń, automatyk polowych i stacyjnych, jak również blokad polowych i międzypolowych. Wzięło się to stąd, iż dostarczane urządzenia, na których miała być realizowana idea obiektu w pełni wykonanego w standardzie IEC 61850, to urządzenia nieskonfigurowane, które trzeba wypełnić logikami i informacjami GOOSE. W związku z tym, przede wszystkim, należało sobie odświeżyć i przypomnieć całą wiedzę o: bramkach, przerzutnikach, funkcjach logicznych itd., aby móc zaprojektować jednostkę polową, która będzie spełniała oczekiwania w zakresie: zabezpieczenia, automatyk i blokad wewnątrzpolowych oraz sygnalizacji, zarówno tej lokalnej jak i ogólnostacyjnej. W następnym etapie, już na podstawie jednostek polowych, zostały opisane i stworzone logiki, za pomocą których zostało zrealizowane: zabezpieczenie szyn i lokalnej rezerwy wyłącznikowej rozdzielni 20 kv, automatyka SZR 20 kv jawna i ukryta, czy automatyka WZ rezystora dla SE Kasztanowa. Na tym etapie zostały również opisane logikami wszystkie blokady zewnątrzpolowe, osobno dla rozdzielni 20 kv, osobno dla rozdzielni 110 kv oraz blokady pomiędzy obiema rozdzielniami. Po tym wszystkim, czyli po stworzeniu zabezpieczeń i automatyk, pozostała już jedynie rzecz banalna, czyli przypisanie GOOSE, aby móc je wysłać w wirtualny świat, który będzie realizował rzeczywiste automatyki i blokady. Dla obiektów realizowanych w standardzie IEC 61850 faza projektowania wymaga bardzo ścisłej i nieustannej współpracy: projektanta, producenta i szeroko rozumianego inwestora, bo reprezentowanego również przez tych, którzy będą w przyszłości odpowiedzialni za eksploatację. Trzeba przyznać, że pierwsze tak realizowane obiekty to projektowo duże wyzwanie i ogromny wysiłek, szczególnie, że nie można się oprzeć na wcześniejszych doświadczeniach. Jednak z drugiej strony, udział w takim projekcie, szczególnie kiedy się widzi poprzedzony ogromem pracy i wysiłku efekt końcowy, daje wiele satysfakcji i zadowolenia. Przejście od pustej kartki papieru, przez tworzenie m.in. automatyk, gdzie jedynym ograniczeniem jest wyobraźnia twórcy, do efektu końcowego, czyli w rzeczywistości, zgodnie z założeniami i oczekiwaniami, działających automatyk i blokad, musi cieszyć. I cieszy. Etap tworzenia od podstaw logik działania automatyk można by określić jako powrót do źródeł, bo tak przecież zostały stworzone automatyki, co prawda nie na bazie bramek logicznych czy 108 Rok LXXXIV 2016 nr 9

System nadrzędny Telemechanika -PACiS Antena GPS GPZ UMCS RS232 GPZŚródmieście RFIR-219-F4G-T7G-DC Odbiornik GPS Bramadostępowa Gateway A300 MICOM BCU C264 Rozdzielnia 15kV EtherWAN -EX27064-200WR IEC 61850 Sieć PRP A Multimode 1300nm P139 -P3 P139 -P4 P139 -P5 P139 -P6 P139 -P7 P139 -P8 P139 -P9#1 P139 - P9#2 P139 -P10P139 -P11#1 P139 -P11#2 P139 -P12 P139 -P13 P139 -P14 P139 -P15 P139 -P16 P139 - REZERWA P139 -SZR Multimode 1300nm EtherWAN -EX27064-200WR IEC 61850 Sieć PRP B Rys. 6. Architektura systemu RS Mościckiego Fig. 6. Architecture of the system RS Mościckiego Local Area Network A SAN Ramki PRP A Ramki PRP B Standardowe ramki odbiorca nadawca = Doubly Attached Node (PRP) = Podwójnie podłączony Węzeł (PRP) SAN = SinglyAttached Node (PRP) = Pojedynczo podłączony Węzeł (PRP) = Podwójnie podłączony Węzeł (PRP) Local Area Network B odbiorca SAN SAN = Pojedynczo podłączony Węzeł (PRP) Rys. 7. Schemat transmisji danych podczas podstawowej pracy sieci w architekturze podwójna gwiazda PRP Fig. 7. Diagram of data transmission during basic mode grid work in double star PRP architecture SAN przerzutników, a jedynie z wykorzystaniem kombinacji i układów styków przekaźników pomocniczych. Ze względu na liczbę logik potrzebnych do zrealizowania zabezpieczenia pola sprzęgła 20 kv oraz automatyki: SZR ukryta, SZR jawna 1 i SZR jawna 2, konieczne było zastosowanie dwóch IED, z których jeden realizuje zabezpieczenia pola sprzęgła, a drugi stanowi przekaźnik SZR. Jak można zauważyć na rys. 12 wejścia oraz wyjścia logiki działania automatyki SZR jawnej 1 i jawnej 2 stanowią sygnały GOOSE. Ze względu na liczbę logik potrzebnych do zrealizowania zabezpieczenia pola sprzęgła 20 kv oraz automatyki SZR ukryta, SZR jawna 1 i SZR jawna 2, konieczne było zastosowanie dwóch IED, z których jeden realizuje zabezpieczenia pola sprzęgła, a drugi stanowi przekaźnik SZR. Rok LXXXIV 2016 nr 9 109

Rys. 8. Przykład komunikacji opartej na 2 wyjściach przekaźnikowych i 2 wejściach binarnych na IED (6 przewodów miedzianych) Fig. 8. Example of communication based on 2 relay outputs and 2 opto inputs per IED (6 copper cables) stacji SE Kasztanowa jedynym ograniczeniem i warunkiem brzegowym był końcowy termin uruchomienia obiektu. Praktycznie po zakończonym montażu aparatury pierwotnej i wtórnej, na czas konfiguracji urządzeń i prób funkcjonalnych, mieliśmy całą stację do dyspozycji, mogąc bezkarnie sprawdzać na wszelkie możliwe sposoby automatyki i blokady. W przypadku SE Miasteczko nie było już takiego komfortu, ponieważ modernizacja odbywała się na czynnym obiekcie. Modernizację i rozbudowę stacji podzielono na dwa etapy. Pierwszy etap obejmował wyłączenie i rozszynowanie połowy rozdzielni 110 kv na potrzeby wymiany aparatury pierwotnej i postawienia budynku nowej nastawni, rozdzielni 20 kv oraz komór transformatorów. Drugi etap, który rozpoczął się zaraz Rys. 9. Przykład konfiguracji IED składający się z 3 wejść binarnych i 4 wyjść przekaźnikowych Fig. 9. Example of an IED configuration of 3 opto inputs and 4 relay outputs Rys. 10. Przykład komunikacji opartej na wiadomościach GOOSE (1 sieć Ethernet) Fig. 10. Example of communication based on GOOSE messages (1 Ethernet network) Realizacja Przejście do etapu realizacji inwestycji na obiekcie to jednocześnie początek kilkutygodniowego bardzo mocnego zacieśnienia współpracy pomiędzy przedstawicielami producenta urządzeń, w tym przypadku Schneider Electric a wykonawcą rozruchu obiektu w tym przypadku Tauron Dystrybucja Serwis. Ze względu na charakter obiektu zrealizowanego w standardzie IEC 61850, pozytywnym aspektem jest to, że służby zajmujące się eksploatacją obiektu brały udział przy projektowaniu, próbach pomontażowych, funkcjonalnych i uruchomieniowych. Stacje SE 110/20 kv Kasztanowa i SE 110/20 kv Miasteczko, jeżeli chodzi o ich realizacje, to zupełnie odmienne obiekty. Stacja SE 110/20 kv Kasztanowa to nowo budowana stacja w układzie H5, natomiast SE 110/20 kv Miasteczko to stacja systemowa kompleksowo modernizowana w przypadku rozdzielni 110 kv i rozbudowywana o rozdzielnie 20 kv. W związku z tym doświadczenia z rozruchu obu obiektów są odmienne. Dla budowanej od początku po uruchomieniu połowy nowej rozdzielni 110 kv i uruchomieniu całej nowej rozdzielni 20 kv, obejmował modernizację pozostałej części rozdzielni 110 kv. Odmienne prowadzenie inwestycji w SE Miasteczko spowodowało dodatkowe problemy związane m.in. z brakiem możliwości sprawdzenia wszystkich blokad zewnątrzpolowych dla całego obiektu, tak jak to miało miejsca w SE Kasztanowa. Aby wykonać takie próby, konieczne będzie na etapie uruchomienia drugiej części stacji całkowite pozbawienie jej napięcia dla przeprowadzenia stosownych prób i sprawdzeń. Od momentu uruchomienia obu stacji podczas pracy obiektu stwierdzono poprawne działanie cyfrowych automatyk: częściowo (blokada i pobudzenie), ZSZ i LRW rozdzielni 20 kv oraz WZ rezystora. Najbliższa przyszłość Ogromna wiedza, doświadczenie oraz referencje w realizacji cyfrowych automatyk zabezpieczeniowych opartych na technologiach IEC 61850-GOOSE usytuowały nas na pozycji lidera na rynku polskim w dziedzinie cyfrowych stacji. Zrealizowane przez Schneider Electric stacje w technologii IEC 61850/GOOSE są dowodem, że konwencjonalne rozwiązania mogą być zastąpione przez bezpieczne, przejrzyste i tańsze technologie, wykorzystujące potencjał urządzeń cyfrowych. IEC 61850 jest przez nas standardowo stosowany w zakładach energetycznych (np. Tauron Dystrybucja, Energa-Operator) przy budowie nowych oraz przy kompleksowych modernizacjach GPZ-ów. Obecnie w trakcie realizacji są nowe obiekty w technologii IEC 61850 (część z tych stacji będzie wykorzystywała automatyki zabezpieczeniowe cyfrowe oparte na GOOSE): SE Zabrze 110 kv, SE Płaskowicka 110/20/6 kv, SE Dąbrówka, RS Mościckiego, GPZ Chomranice itp. Cyfrowe stacje przygotowują nas do wdrożenia na rynku polskim kolejnego etapu cyfryzacji. Jest to etap związany ze stacją w peł- 110 Rok LXXXIV 2016 nr 9

Rys. 11. Przykład konfiguracji IED wejść i wyjść GOOSE Fig. 11. Example of an IED configuration of GOOSE inputs and GOOSE outputs ni wykorzystującą zalety standardu IEC 61850 cyfrową stacją z szyną procesową opisaną w normie IEC 61850-9-2. Wiąże się to z wprowadzeniem techniki cyfrowej w obszar obwodów pierwotnych, nad którą Schneider Electric prowadzi serię badań i testów. O wynikach będziemy Państwa informować. Na zakończenie warto dodać, że wbrew pierwotnym założeniom, standard IEC 61850 nie ogranicza się tylko do obszaru stacji elektroenergetycznej. TABELA I. Porównanie podejścia GOOSE z konwencjonalnym Korzyści Konwencjonalne podejście Podejście GOOSE Oszczędności przestrzeni (hardware) Redukcja czasu przy projektowaniu Mniejsza ilość okablowania Mniejsza przestrzeń do zagospodarowania Oszczędność czasu oraz prac podczas testów odbioru fabrycznego (FAT) Oszczędność czasu oraz prac podczas testów uruchomieniowych Zwiększona ochrona i niezawodność przez monitorowanie Większe bezpieczeństwo personelu, krótszy okres przerw/wyłączeń Łatwiejsza naprawa łącza komunikacyjnego Prostsze rozbudowy Wymagana większa liczba wejść binarnych oraz wyjść przekaźnikowych Wymagane są typowe schematy Dziesiątki czy setki kabli są wymagane do podłączenia wyjść przekaźnikowych do wejść binarnych Konwencjonalnie IED wymagają dużej przestrzeni do zagospodarowania Wszystkie przewody używane w testach okablowania należy zainstalować i dokładnie sprawdzić przed testowaniem automatyk zabezpieczeniowych. Jeśli nie są obecne wszystkie przekaźniki, pełny test nie może być zakończony Wszystkie testy połączeń okablowania muszą być powtórzone na obiekcie i wszystkie błędnie połączone przewody muszą być na nowo połączone Jeśli przewód z jednego wyjścia przekaźnikowego do wejścia binarnego jest przerwany, to awaria zostanie wykryta dopiero wtedy, gdy zaprojektowana automatyka nie zadziała i jest to za późno Każdy przewód z jednego wyjścia przekaźnikowego do wejścia binarnego musi być przetestowany. Testy te stanowią zagrożenie bezpieczeństwa dla personelu wykonującego badania. Ponadto ryzyko nieprawidłowego działania automatyki zabezpieczeniowej wzrasta, podobnie jak długość potencjalnej przerwy/wyłączenia Jeśli przewód z jednego wyjścia przekaźnikowego do wejścia binarnego zostanie przerwany, to musi być co najmniej naprawiony lub na nowo połączony, a to nie jest ani łatwe, ani szybkie w wykonaniu. Ze względów bezpieczeństwa wymagane jest wyłączenie podczas procesu naprawy Gdy dodatkowy sprzęt jest zainstalowany, to wymagane jest dodatkowe oprzewodowanie Liczba wejść binarnych oraz wyjść przekaźnikowych może być zmniejszona, a tym samym fizyczny rozmiar IED może zmniejszyć się z 80TE do 60TE lub 40TE oraz z 60TE do 40TE Wszystkie typowe rysunki, które definiują okablowanie komunikacyjne zostają zastąpione przez opis konfiguracji pliku IEC 61850, który można skonfigurować za pomocą narzędzia takiego jak Schneider Electric System Engineering Tool (SET) Wszystkie te kable, które zazwyczaj łączą wyjścia przekaźnikowe z wejściami binarnymi są zastąpione mniejszą liczbą światłowodów lub kabli ethernetowych Dodatkowa przestrzeń potrzebna dla przełączników ethernetowych (y) jest więcej niż skompensowana przez znaczną oszczędność przestrzeni, która wynika z mniejszych IED Wymagane jest jedynie podłączenie IED do sieci Ethernet, a jeśli niektóre zabezpieczenia nie są obecne, to mogą zostać zasymulowane Dopóki IED nie odbierze oczekiwanych wiadomości GOOSE, do których subskrybował, to będzie wyświetlał alarm. Jeśli alarm nie jest wyświetlany, to oznacza, że sieć Ethernet działa i że komunikaty GOOSE są odbierane W przypadku, gdy łącze komunikacyjne jest uszkodzone, to pojawi się alarm i ekipa eksploatacacyjna może szybko naprawić przerwane łącze, ponieważ wiadomości GOOSE są cyklicznie publikowane Jako, że automatyka GOOSE jest samomonitorująca się, to oznacza, że jest bezobsługowa Bezpieczeństwo personelu jest zwiększone, a czas i okres przerwy/wyłączenia zostaje zaoszczędzony Jedynie plik nastaw musi być modyfikowany, kiedy automatyka zabezpieczeniowa jest aktualizowana. Nie jest wymagane dodatkowe oprzewodowanie Rok LXXXIV 2016 nr 9 111

Rys. 12. Przykładowy fragment logiki działania automatyki SZR jawnej 1 i jawnej 2 Fig. 12. Example of ATS automation scheme TABELA II. Liczba komunikatów GOOSE odbieranych i wysyłanych przez przekaźniki poszczególnych pól Pole/Automatyka GOOSE Wysyłane Odbierane Pole odpływowe 20 kv 3 6 Sprzęgło 20 kv 14 25 Transformator str. 20 kv 12 19 SZR 20 kv 28 10 WZ rezystora 5 4 Transformator str. 110 kv 10 7 Linia 110 kv 6 2 Sprzęgło 110 kv 11 9 Po kilku latach prac standard rozwinięto i obecnie dostępne są kolejne jego części: IEC 61850 90-1 opisująca komunikację pomiędzy stacjami m.in. dla realizacji zabezpieczeń różnicowych linii, uwspółbieżnienia zabezpieczeń odległościowych, blokad międzystacyjnych, IEC 61850 90-2 opisująca sposób komunikacji od stacji do centrum nadzoru. Podsumowanie Niewątpliwymi korzyściami stosowania komunikatów GOOSE są: redukcja kosztów okablowania, swoboda w konfiguracji systemu, zdalny nadzór czy możliwość korzystania z zaawansowanych narzędzi diagnostycznych. Wdrożenie standardu IEC 61850 pociąga za sobą konieczność przygotowania się do eksploatacji obiektów uruchomionych w tym standardzie. Należy zwrócić uwagę na zmianę profilu kompetencji służb zabezpieczeniowych zajmujących się eksploatacją układów pracujących w standardzie IEC 61850. Nie wystarczy tu doświadczenie i znajomość zabezpieczeń elektroenergetycznych. Ogromne znaczenie ma znajomość budowy i funkcjonowania sieci Ethernet. Stąd konieczność szkoleń służb zabezpieczeniowych i telemechaniki oraz ścisła współpraca z działami IT. Zmianie ulega technologia wykonywania przeglądów okresowych układów zabezpieczeń i automatyk. Standardem powinno stać się korzystanie z testerów z obsługą IEC 61850 w tym GOOSE. Konwencjonalnie automatyki zabezpieczeniowe są realizowane za pomocą połączeń drutowych punkt-punkt pomiędzy zabezpieczeniami (IED). Takie podejście utrudnia: zamawiania, prace inżynierskie, instalowanie, poprawianie, użytkowanie, modyfikację lub aktualizację automatyk zabezpieczeniowych. Wprowadzenie nowych możliwości w postaci wiadomości GOOSE upraszcza obsługę, zaoszczędza przestrzeń fizyczną, skraca czas roboczy, redukuje czasy wyłączeń i zwiększa bezpieczeństwo pracowników. W efekcie całkowity koszt takiej technologii jest drastycznie zmniejszony, a działanie automatyk jest zoptymalizowane, gdy automatyki GOOSE są zaimplementowane. Innego podejścia wymaga również prowadzenie dokumentacji stacji. Oprócz projektu technicznego i protokołów z prób i uruchomień, mamy tutaj pliki konfiguracyjne ICD dla każdego IED oraz plik SCD dla całego systemu, z których będziemy korzystać w celu szybkiej konfiguracji IED w przypadku konieczności jego wymiany. Bardzo ważne jest archiwizowanie kolejnych wersji plików konfiguracyjnych. Kluczowym czynnikiem decydującym o sukcesie wdrożenia na stacji standardu IEC 61850/GOOSE oraz późniejszej eksploatacji obiektu jest posiadanie specjalistycznych narzędzi, niezawodnych urządzeń, wykwalifikowanych specjalistów oraz dobra współpraca z doświadczonym dostawcą urządzeń. Schneider Electric daje Państwu wizję pewnego jutra 112 Rok LXXXIV 2016 nr 9