Relejna zastita elektroenergetskog sustava_zbornik

Str. 560 grešku <100 µs. UreĊaj omogućuje i testiranje sa specificiranom greškom od <5 µs. Preduvjet poĉetka testa je da je CMGPS sinkroniziran s minimalno 4 satelita.- Meinberg GPS164 AHS izvor toĉnog vremena (toĉnost pulsa bolja od +-250 ns) za testove lokalne sinkronizacije releja preko binarnog ulaza (ABB) ili specijalnog porta za vremensku sinkronizaciju (Siemens)- za test sinkronizacije releja putem lokalnog GPSa za Siemens releje korišten je DCF77 telegram preko 9-pinskog A prikljuĉka, a za ABB releje minutni puls (PPM) preko binarnog ulaza.- NTP poslužitelj Moba Time MTC vremenski sinkroniziran s GPS sustavom. Numeriĉki Relej DI 3x U 3x IDUOmicron GPSCMC 353Slika 1. Blok shema povezivanja Omicron ureĊaja na relej zaštite Obavljene su tri grupe testova: - testiranje zateĉenog stanja, - testiranje s GPSom direktno spojenim na ulaz tesiranog ureĊaja, i - testiranje sinkronizacijom preko daljinskog NTP poslužitelja u NDC-u. Da bi se osiguralo dovoljno ulaznih podataka za kvalitetnu analizu rezultata obavljena su tipskaispitivanja na svim karakteristiĉnim konfiguracijama osim u sluĉajevima gdje radi tehniĉkih ograniĉenjanije bilo moguće izvesti odreĊene testove. Vremenski sinkroniziranim OMICRON ureĊajem (preko vlastitog GPSa), spojenim na relej zaštite,generiraju se strujni i naponski impulsi svake minute kako bi se u releju generirali signali prorade zaštite.U listi kronologije se prate pristigli kronološki dogaĊaji. Vrijeme iz kronološke poruke se usporeĊuje svremenom u upravljaĉkom programu OMICRON ureĊaja i zapisuju odstupanja u tablicu. Generira se 60istih dogaĊaja svaku minutu, toĉno u vremenskom trenutku hh:mm:00.000 (razina preciznosti 1 ms), kakobi se testom obuhvatilo dulje vremensko razdoblje i ev. postojeće fluktuacije u razliĉitim dinamiĉkimopterećenjima u sustavu. U TS Konjsko je obavljeno dodatno ispitivanje u trajanju od 18 sati kako bi se provjerile mogućefluktuacije u dužem vremenskom periodu. Ispitivanje daljinske stanice obavljeno je na ispitnoj konfiguraciji posebnom metodom koja jeopisana u poglavlju 6 ovog ĉlanka.2. ISPITIVANJE VREMENSKE SINKRONIZACIJE U OBJEKTIMA NOVIJE GENERACIJE TSKONJSKO (SICAM PAS) Kao jedan od karakteristiĉnih objekata za ispitivanje je odabrano TS Konjsko u nadležnostiPrijenosnog podruĉja Split. Rješenje sustava daljinskog nadzora i upravljanja u dijelu postrojenja jedistribuirani sustav nove generacije u kojem oprema meĊusobno komunicira IEC61850 protokolom. Udrugom djelu postrojenja je oprema starije generacije odnosno ĉetiri daljinske stanice DAS 803. Daljinskestanice su protokolom IEC 61870-5-101 povezane na centralna staniĉna raĉunala SICAM PAS uredundantnoj konfiguraciji. U sva tri testa ispitana je sinkronizacija vremena na SIEMENS SIPROTEC 7SJ releju, pobudomfunkcije nadstrujne zaštite. Vrijeme iz kronološke poruke (Tre) se usporeĊuje s vremenom iz OMICRONureĊaja (Tom) te se analiziraju snimljena odstupanja2.1. Zatečeno stanje – GPS sinkronizacija centralnog računala Zateĉeno stanje sinkronizacije vremena u objektu TS Konjsko je slijedeće: u redundantnaraĉunala instalirana je interna PCI GPS kartica tipa Meinberg GPS 169PCI i spojena na vanjsku antenu 3

Str. 561za prijem satelitskog signala toĉnog vremena. Pogonski program GPS kartice sinkronizira vrijemeraĉunala i putem SNTP (Simple Network Time Protocol) protokola sinkronizira ureĊaje (releje, upravljaĉkejedinice, preklopnike i operatorska raĉunala) na lokalnoj mreži. SICAM PAS 5.0SP5 IEC 60870-5-101Master servis sinkronizira DS803 jedinice putem IEC 60870-5-101 protokola.2.2. Referentni test – GPS sinkronizacija ureĎaja relejne zaštite Ispitana je toĉnost sinkronizacije ako se GPS prijemnik toĉnog vremena spoji direktno na relejnumeriĉke zaštite (DCF77). Ovakav se naĉin sinkronizacije smatra najtoĉnijim mogućim pa će se rezultatiovog testa smatrati referentnima za procjenu svih ostalih testova. Ovaj test ujedno služi i za procjenugreške koju unosi sama metodologija ispitivanja neovisno o naĉinu sinkronizacije.2.3. NTP test –sinkronizacija staničnog računala iz udaljenog NTP posluţitelja U ovom ispitivanju se SICAM PAS staniĉno raĉunalo podešava na naĉin da mu je glavni izvorsinkronizacije vremena NTP poslužitelj na udaljenoj lokaciji. UreĊajima u IEC 61850 mreži se ne mijenjakonfiguracija te su i dalje sinkronizirani preko staniĉnog raĉunala SNTP protokolom. DAS 803 daljinskestanice i u ovom se sluĉaju sinkroniziraju IEC 60870-5-101 protokolom. Ispitivanja su obavljena korištenjem ispitne Ethernet over SDH konfiguracije HEP OPSa.Napravljen je Ethernet servis kapaciteta 2Mbps na aktivnoj Siemensovoj opremi Surpass.2.4. Analiza rezultata obavljenih ispitivanja Rezultati su analizirani uz dva osnovna cilja. Prvi cilj je bio usporediti toĉnost sinkronizacijevremena udaljenim NTP poslužiteljem u odnosu na postojeće rješenje i direktnu sinkronizaciju krajnjegureĊaja. Drugi cilj je bio analizati ukupno kašnjenje od trenutka nastanka poremećaja do registriranjadogaĊaja u releju zaštite u razliĉitim konfiguracijama. U svrhu ostvarenja prvog cilja rezultat je prikazan usporedbom vremena generiranja signala„NADSTR ZAŠT VPĈ ISK“ u 7SJ releju spojnog polja i vremena registriranja zatvaranja kontakta na ulazuOMICRON CMC 353. Bitno je naglasiti da zbog metode mjerenja ova razlika sadrži i vrijeme potrebno zazatvaranje kontakta u 7SJ releju i vrijeme registriranja zatvorenog kontakta u OMICRONu. Vrijeme Tre predstavlja relativno kašnjenje u odnosu na punu minutu generiranja signala„NADSTR ZAŠT VPĈ ISK“ u releju 7SJ. Ovo vrijeme ukljuĉuje vremensko podešenje relejne zaštite zaodreĊenu funkciju koje u konkretnom sluĉaju iznosi 800ms, te vrijeme detekcije i procesiranja potrebnihfunkcija. Vrijeme Tom predstavlja relativno kašnjenje registriranja kvara na kontaktnom ulazu OmicronureĊaja u odnosu na vrijeme generiranja kvara na punu minutu (hh:mm:00.000) oĉitano iz omicron.seqdokumenta. Napravljena je statistiĉka obrada snimljenih uzoraka na naĉin da su pojedinaĉno analizirane iprikazane vrijednostiTom, Tre i Tom - Tre.(najmanje, najveće, prosjeĉno te najveći raspon izmeĊu snimljenihuzoraka). Krivulja s manjim odstupanjima predstavlja kvalitetniju sinkronizaciju vremena. Odstupanje Tre Tom Tom-Tre vremena u (ms (ms) (ms) odnosu na hh:mm:00.000 814,00 830,80 5,00 835,00 840,60 19,30 MIN 824,42 836,29 11,87 21,00 14,30 MAX 9,80 AVG MAX-MINa) 4

Str. 562 Odstupanje Tre Tom Tom-Tre vremena u (ms) (ms) (ms) odnosu na hh:mm:00.000 808,00 830,90 11,10 829,00 841,60 24,10 MIN 819,64 836,44 16,79 21,00 MAX 11 13 AVG MAX-MINb) Odstupanje Tre Tom Tom-Tre vremena u (ms) (ms) (ms) odnosu na hh:mm:00.000 811,00 821,10 4,30 832,00 839,60 17,70 MIN 818,30 828,11 9,81 21,00 MAX 19 13 AVG MAX-MINc) Slika 2. Lijevo su rezultati ispitivanja prikazani grafovima, a desno u tablicama su statistiĉkiobraĊeni a) staniĉno raĉunalo sinkronizirano vlastitim GPS ureĊajem – zateĉeno stanje, b) relej zaštitesinkroniziran direktno preko ulaza za sinkronizaciju (DCF77) i c) sinkronizacija staniĉnog raĉunala prekoudaljenog NTPa Usporedbom snimljenih uzoraka zakljuĉeno je da su razlike u kvaliteti sinkronizacija vremena uopisanim sluĉajevima relativno male (unutar 10ms). Radi same metodologije mjerenja i greške koju unosikašnjenje kontakata nije moguće dati toĉne vrijednosti odstupanja sinkronizacije vremena uzrokovanenaĉinom sinkronizacije u pojedinim sluĉajevima. Slika 3. Usporedba grafova odstupanja vremena Tom - Tre za tri razliĉita naĉina sinkronizacije2.5. Ispitivanja u posebnim uvjetima Kako bi dobili što je moguće kvalitetnije uzorke za potrebe analize vremena obavljena su idodatna ispitivanja u posebnim uvjetima na istoj lokaciji. U ovim ispitivanjima je pobuĊena funkcijadistantne zaštite 2. Stupnja na releju 7SD.2.5.1. Dugotrajno ispitivanje sinkronizacije vremena preko daljinskog NTP posluţitelja Ovim ispitivanjem snimljeni su rezultati sinkronizacije vremena daljnskim NTP poslužiteljem kroz18 sati. Za vrijeme ispitivanja nije se odvijala nikakva dodatna komunikacija po mreži osim vremenskesinkronizacije. Generira se 45 istih dogaĊaja svakih toĉno 21 minutu, kako bi se testom obuhvatilo duljevremensko razdoblje i ev. postojeće fluktuacije. Ispitivanje se izvršilo na 7SA releju simulirajući kvardistantne zaštite 2. Stupnja. Vrijeme SICAM PAS raĉunala je bilo pomaknuto sat unatrag nakon ĉega jeobavljeno ponovno pokretanje raĉunala. Iz grafa (slika 4a) je vidljivo da je bilo potrebno neko vrijeme dase sustav u potpunosti vremenski sinkronizira. Vremenski sinkronizirani dogaĊaji se mogu smatrati od 11.uzorka. 5

Str. 5632.5.2. Ispitivanje sinkronizacije vremena preko daljinskog NTP posluţitelja u uvjetimapovećanog opterećenja Ovim testom ispitano je ponašanje sustava vremenske sinkronizacije daljinskim NTPposlužiteljem u uvjetima povećanog opterećenja. Generiralo se 45 istih dogaĊaja svakih toĉno minutu(razina preciznosti 1 ms). Rezultati mjerenja prikazani su grafom na slici 4b) U 9:45 (kvar 5 na grafu) pokrenuto jepreslikavanje veće koliĉine podataka sa centralnog raĉunala na udaljeno raĉunalo u NDCu ĉime sesimuliralo 100% opterećenje komunikacije. Postupak je završen u 9:58 (kvar 18 na grafu). U 10:09 (kvar 29) je pokrenut „Remote desktop“ s udaljenog raĉunala u NDCu na SICAM PAS.„Remote Desktop“ je prekinut u 10:16 (kvar 36). Iz rezultata testa je uoĉljivo da 100% opterećenje komunikacije i opterećenje poslužitelja SICAMPAS smanjuje kvalitetu sinkronizacije vremena putem daljinskog NTP poslužitelja.2.5.3. Ispitivanje sinkronizacije vremena preko daljinskog NTP posluţitelja korištenjem poslovnemreţe Ovim testom ispitano je ponašanje sustava vremenske sinkronizacije daljinskim NTPposlužiteljem na poslovnoj mreži. Generiralo se 45 istih dogaĊaja svakih toĉno minutu (razina preciznosti1 ms). Moguće je uoĉiti da su snimljeni rezultati gotovo jednaki kao i u sluĉaju korištenja SDH mreže.a) b)c) Slika 4. Rezultati ispitivanja u TS Konjsko prikazani grafovima, a) dugotrajno ispitivanjesinkronizacije udaljenim NTPom, b) ispitivanje sinkronizacije u uvjetima povećanog opterećenja c)sinkronizacija staniĉnog raĉunala preko udaljenog NTPa korištenjem poslovne mreže2.6. Ispitivanje sinkronizacije vremena upravljačke jedinice polja 6MD i DAS803 stanicasinkroniziranih preko IEC 61870-5-101 prokola SICAM PAS sinkronizira ĉetiri DAS 803 stanice protokolom IEC 60870-5-101 te 6MD jedinicu poSNTP protokolu. Na po jedan binarni ulaz od svake DS803 jedinice i 6MD jedinice spojen je po jedanbinarni izlaz Omicron ispitnog ureĊaja sinkroniziranog vlastitim GPSom. Program Omicron ureĊajaaktivirao je binarne izlaze svakih toĉno 30 sekundi. DS803 oznaĉava generirane signale vremenskomoznakom i šalje u lokalnu SCADAu. 6

Str. 564 U prvom ispitivanju Slika 5 a) SICAM PAS raĉunalo je sinkronizrano lokalnim GPS ureĊajem, udrugom b) daljinskim NTP poslužiteljem iz centraa) b) Slika 5. Rezultati ispitivanja u TS Konjsko prikazani grafovima, a) ispitivanje sinkronizacijevremena lokalnim GPS ureĊajem, b) ispitivanje sinkronizacije udaljenim NTP poslužiteljem U ovom ispitivanju uoĉavaju se relativno velike razlike (oko 20ms) izmeĊu vremenskih oznakakoje je u istom trenutku pridjelio pojedini ureĊaj. To vrijedi ĉak i za ureĊaje istog tipa. Unatoĉ ĉinjenici dasu ureĊaji sinkronizirani na isti naĉin i iz istog izvora, u istom trenutku pridjeljuju razliĉite vremenskeoznake. Ovo je posljedica procesiranja funkcija u ureĊajima, vremena zatvaranja ulaznih kontakata iobrade signala u A/D konverterima. Na grafu je moguće uoĉiti da 6MD jedinica ima na potpuno drugaĉijinaĉin obrade ulaza od DS 803 stanice.3. Ispitivanje sinkronizacije vremena u TS Osijek U TS Osijek instalirana je MicroSCADA. Sekundarna oprema u TS Osijek 4 110 kV se trenutnosinkronizira sistemskom ethernet komunikacijom putem SNTP protokola, a osnovna komunikacija odvijase IEC61850 protokolom. Sekundarna oprema proizvoĊaĉa ABB kao primarni izvor toĉnog vremena koristi MeinbergLANTIME M300 NTP poslužitelj s ugraĊenim GPS prijemnikom toĉnog vremena kojeg prima s GPSsatelitskog sustava. Kao sekundarni izvor toĉnog vremena koristi se lokalno operatorsko raĉunalo koje jetakoĊer sinkronizirano na Meinberg LANTIME M300 NTP poslužitelj. Ispitivanje se obavlja na isti naĉin kao i u prethodnom sluĉaju. Ispitana je funkcija distantnezaštite 2 stupnja na releju RED proizvoĊaĉa ABB. Odstupanje Tre Tom Tom-Tre vremena u (ms) (ms) (ms) odnosu na hh:mm:00.000 553,00 559,60 4,60 605,00 610,40 6,80 MIN 569,98 575,76 5,78 52,00 50,80 2,20 MAX AVG MAX-MINa) b) Slika 6. Rezultati ispitivanja u TS Osijek prikazani grafovima, a) ispitivanja sinkronizacijeudaljenim NTP poslužiteljem i sinkronizacije lokalnim GPSom b) statistiĉki obraĊeni rezultati ispitivanjasinkronizacije udaljenim NTP poslužiteljem Vremensko podešenje relejne zaštite u konkretnom sluĉaju iznosi 500ms, a ispitivana je funkcijadistantne zaštite. Iz snimljenih rezultata moguće je uoĉiti da vremena Tom-Tre manje variraju nego uprethodnom sluĉaju. Ovdje je bitno napomenuti da vrijeme Tre ukljuĉuje i zatvaranje izlaznog kontakta zarazliku od vremena koje registrira oprema proizvoĊaĉa Siemens. Iz grafa je vidljivo da vrijeme procesiranja funkcije distantne zaštite varira u rasponu od 50ms urazliĉitim trenucima u istim ulaznim uvjetima. 7

Str. 5654. Ispitivanje sinkronizacije vremena ostalih sustava U TS Vukovar instalirana je Proza R/F u funkciji centralnog staniĉnog raĉunala. Interna GPSkartica tipa Kallisto u raĉunalu spojena je na vanjsku antenu za prijem satelitskog signala toĉnogvremena. Svake sekunde se toĉno vrijeme postavlja u interni sat realnog vremena raĉunala.Komunikacijska jedinica DSCU2000 oĉitava vrijeme raĉunala i periodiĉki šalje poruku za sinkronizaciju usve ABB releje spojene na prikljuĉenu LON mrežu.Testovi sinkronizacije Odstupanje Tre Tom Tom-Tre vremena u (ms) (ms) (ms) odnosu na hh:mm:00.000 MIN 89,00 82,10 -8,10 MAX 147,00 140,20 0,60 AVG 120,12 112,25 -7,87 MAX-MIN 58,00 58,10 8,70a) b) Slika 7. Rezultati ispitivanja u TS Vukovar prikazani grafovima, a) ispitivanja sinkronizacijeudaljenim NTP poslužiteljem, lokalnom sinkronizacijom releja preko binarnog ulaza i sinkronizacijelokalnim GPSom b) statistiĉki obraĊeni rezultati ispitivanja sinkronizacije udaljenim NTP poslužiteljemVremensko podešenje relejne zaštite u konkretnom sluĉaju iznosi 0ms, a ispitivana je funkcija distantnezaštite Statistĉki obraĊeni rezultati izmjerenjih odstupanja NTP sinkronizacije u odnosu na referentni izvorvremena uglavnom se neznatnorazlikuju od rezultata dobivenih lokalnim GPS ureĊajem u stanici. Uoĉenoje znatno odstupanje u prvom koraku ispitivanja u kojem je Tom-Tre iznosio 225,2ms. Podaci u tablicipredstavljaju rezultate bez prvog uzorka. LSA sustav nema mogućnost sinkronizacije vremena preko NTP protokola, Obzirom da jeprilagodba na IEC 61870-5-104 protokol planirana korištenjem KKU konvertora IEC 61870-5-101/ IEC61870-5-104 planirano je ispitivanje NTP sinkronizacije KKU ureĊaja, i dalje sinronizacija LSA sustavapreko IEC 61870-5-101 protokola. Ispitivanje nije uspjelo jer nije uspostavljena stabilna sinkronizacijavremena LSA sustava preko IEC 61870-5-101 protokola.6. ISPITIVANJE VREMENSKE SINKRONIZACIJE DS803 DALJINSKE STANICE ProvoĊenjem projekta migracijske adaptacije EE objekata sve daljinske stanice tipa DS803 kojepostoje u tim objektima opremljene su komunikacijskim jedinicama EDCU21. Te komunikacijske jediniceomogućavaju migraciju daljinske stanice sa postojećeg centra upravljanja na novi mrežni centar (MC). Uprijelaznom razdoblju nadležnost za sinkronizaciju vremena daljinskih stanica ima stari centar kao i dosada putem ADLP protokola. Na procesorskoj ploĉici komunikacijske jedinice EDCU 21+NET/DP nalazise sat realnog vremena visoke toĉnosti sa baterijskom podrškom i temperaturno kompenziranimkristalnim oscilatorom (TCXO). Komunikacijska jedinica ima ugraĊenu podršku za sinkronizaciju vremena daljinske stanice,koristeći lokalni sat realnog vremena (RTC) i NTP sever. Prioritet sinkronizacije vremena ima ADLPcentar. Dok je aktivna komunikacija s ADLP centrom, TSI poruke se proslijeĊuju daljinskoj stanici, aistovremeno se sinkronizira RTC. Kada se prekine ADLP komunikacija, komunikacijska jedinica preuzimaslanje TSI poruka daljinskoj stanici svake pune minute. Nakon toga šalje upit NTP severu iz ĉije porukese dalje sinkronizira RTC. Nakon ukljuĉenja daljinske stanice, kada nema ADLP veze, komunikacijskajedinica prvo sinkronizira RTC preko NTP servera, a zatim svake minute šalje TSI poruke i daljesinkronizira vlastiti RTC preko NTP-a. Provedeni testovi potvrĊuju oĉekivanu funkcionalnost ispitivanog ureĊaja koja se odnosi nasinkronizaciju vremena putem NTP protokola. U pogledu toĉnosti takoĊer su postignuti oĉekivani rezultati.Testiranje toĉnosti registracije generiranih dogaĊaja provedeno je u trajanju od 15 sati i 30 minuta.Pregledom liste kronologije uoĉeno je maksimalno vremensko odstupanje od stvarnog vremena nastankadogaĊaja ±3 milisekunde. Testiranje toĉnosti sata realnog vremena (RTC) komunikacijske jedinice provedeno je u trajanjuod 2 sata i 30 minuta. Pregledom liste kronologije, utvrĊen je pomak od +8 milisekundi. 8

Str. 566 Slika 7. Rezultati ispitivanja testiranja DS803 s EDCU21+NET/DP7. ZAKLJUČAK Sinkronizacija vremena opreme daljinskog nadzora, upravljanja i relejne zaštite osnovni jepreduvjet za analizu dogaĊaja u sustavu sa automatizacijom postrojenja. Odstupanje vremenske oznakakoja je dodijeljena nekom dogaĊaju od stvarnog vremena nastanka dogaĊaja ovisi o cijelom nizuĉimbenika. Svaka komponenta u sustavu kojom se signal dovodi do ureĊaja koji pridjeljuje vrijeme unosiodreĊeno kašnjenje koje može biti fiksno, ali i varirati ovisno o trenutku nastanka što su pokazali i rezultatiovih ispitivanja. Unatoĉ visokoj preciznosti modernih metoda sinkronizacije vremena od 1ms, odstupanjezapisanog vremena informacije od stvarnog nastanka dogaĊaja je veće. Dodatan problem u analiziranju dogaĊaja su i razliĉite metode obrade dogaĊaja proizvoĊaĉa (npr.Siemens pridjeljuje informaciji vrijeme završetka procesiranja dogaĊaja u releju, a ABB vrijeme u kojem jestvarno zatvorio kontakt). Moderna distribuirana oprema za automatizaciju postrojenja radi zahtjevnih funkcija i algoritamaunosi i veće varijabilnosti u pogledu vremenske dimenzije odreĊenog dogaĊaja. Funkcija vremenskesinkronizacije je definirana u IEC 61850-5 (Communication requirements for functions and devicemodels) u dijelu G1.2. Performanse su definirane kroz 5 klasa preciznosti u IEC 61850-5 u dijelu 13.7.6.Klasa vremenskog oznaĉavanja dogaĊaja u ureĊajima upravljanja i zaštite navodi preciznost +- 1ms.Moderni numeriĉki releji kod svake pobude generiraju cijeli niz informacija koje bi bilo nemogućeanalizirati da nije propisan takav zahtjev. Iako su rezultati ispitivanja zadovoljavajući, NTP sinkronizacijaovisi o stanju u mreži i nije moguće garantirati ovakvu preciznost u sluĉaju korištenja udaljenih NTPposlužitelja. U praktiĉnoj primjeni rezolucija od 1ms, što je temeljni preduvjet sustava upravljanja i zaštite u EEobjektima, zadovoljava današnje potrebe za analizom dogaĊaja dok se za preciznost vremenskesinkronizacije zahtjevi mogu postaviti s obzirom na karakteristike nadgledanog sustava.8. LITERATURA[1] D. Jurasović, Z. Paškvan, \"Analiza mogućih rješenja prilagoĊenja instaliranih sustava daljinskog upravljanja u EE objektima na sinkronizaciju vremena putem NTP protokola“, HEP OPS interna dokumentacija, Zagreb, Hrvatska, 05, 2011.[2] International standard IEC 61850-5, Communication networks and systems in substations Part 5: Communication requirements for functions and device models[3] International standard IEC 61850-10, Communication networks and systems in substations Part 10: Conformance testing[4] Bruce A. Muschlitz, EnerNex Corporation; Gary M. Nelson, “Time synchronization is critical for substation automation“, „Electricity Today“, Rujan 2008[5] Ken Fodero, Chris Huntley, Dave Whitehead, „Secure, Wide-Area Time Synchronization,“ Schweitzer Engineering Laboratories, Inc, 2010 9

Str. 567HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA B5-17ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ10. savjetovanje HRO CIGRÉCavtat, 6. – 10. studenoga 2011.Goran Pregrad Ivan VišićPro Integris d.o.o. Pro Integris [email protected] [email protected] ISPITIVANJE BLOKADA UPRAVLJANJA REALIZIRANIH GOOSE PORUKAMA SIMULACIJOM IEC61850 PROTOKOLA SAŽETAK Pojava i razvoj IEC61850 standarda stvorila je poligon za migraciju pojedinih funkcija, do sadariješenih ožičenjem ili nekim privatnim protokolom, u funkcije bazirane na Ethernet komunikaciji. Takvarješenja nude napredak u izgradnji sustava zaštite i automatizacije elektroenergetskih objekata, ali nude imogućnost da se proces ispitivanja značajno promijeni. Ispitivanje blokada upravljanja provedeno je simulacijom GOOSE poruka. Na taj način zamijenjenje fizički nedostatak dijela sekundarnog sustava prilikom tvorničkog ispitivanja. Ispitivanje je pokazalo dase mogu pripremiti poluautomatizirane ispitne sekvence koje daju pregledne izvještaje o testiranimuvjetima. Koristeći ovakav postupak moguće je ispitivanje blokada upravljanja cijelog postrojenja na samojednoj upravljačkoj jedinici ili jednome polju, što daje velike mogućnosti njegove primjene. Ključne riječi: Blokade upravljanja, GOOSE poruke, SCD datoteka INTERLOCKING SCHEMA TESTING BASED ON GOOSE MESSAGES WITH IEC61850 PROTOCOL SIMULATOR SUMMARY IEC61850 standard development created bases for migration of certain substation functions fromhardwired or private protocol solutions to solutions based on Ethernet communication. Those solutionsoffer advantages in process of substation protection and automation system building but they also giveopportunity to develop new testing applications. Interlocking schema testing was performed by simulation of GOOSE messages. By usingsimulated messages missing part of secondary system were substituted during factory testing. Testingshowed that semi automated sequences can be made, leaving very detail test reports of tested stages. Itis possible to check complete interlocking schema on only one bay control unit or on just one bay byusing this type of testing and this opens great opportunities for its usage. Key words: Interlocking schema, GOOSE messages, SCD file1. UVOD Izgradnja sustava zaštite i automatizacije transformatorskih stanica prema IEC61850 standarduje proces koji se sve više usvaja u svakodnevnoj praksi. Kako bi se on mogao u potpunosti ispoštivatipotrebne su promjene u sustavu koji je dobro uhodan. Za proizvođače opreme on zahtijeva prilagodbupostojećih proizvoda i/ili razvoj potpuno novih. Kako bi IEC standard u izgradnji transformatorskih stanicamogao u potpunosti zaživjeti potrebno je i puno više. Gotovo sve djelove inžinjeringa potrebno jeprilagoditi zahtjevima standarda što osim potrebnih alata zahtijeva i nova znanja za sve strane uključeneu proces izgradnje i eksplatacije. 1

Str. 568 Bitan dio izgradnje sekundarnog sustava svake transformatorske stanice ili rasklopišta jepriprema i ispitivanje blokada upravljanja. Sustav blokada upravljanja je skup pravila koja određujuredosljed operacija rasklopnom opremom koji neće ugroziti sigurnost primarne opreme, djelatnika isustava. Dapače, glavna funkcija blokada upravljanja je blokiranje odnosno ne dopuštanje manevara kojibi mogli ugroziti sigurnost ljudi ili opreme. Tradicionalno rješenje realizacije blokada upravljanja je biložičano. Pomoćni kontakti rasklopne opreme su se povezivali u logičke sheme koje su zatim dodavane ukrugove upravljanja svakog elementa rasklopišta kako bi onemogućile neželjene operacije. Postupakizgradnje ovakvog sustava je zahtjevan. On uključuje vrijeme potrebno za projektiranje strujnih shemablokada, zahtijeva veliki broj pomoćnih kontakata raklopne opreme, zahtijeva polaganje velikog brojakabela kako bi se pozicije razmijenile unutar polja, ali i između pojedinih polja, te na kraju uzima punovremena kako bi se cijela shema ožičila i ispitala. Pojavom numeričkih releja dio ovog dugotrajnog procesa se mogao skratiti. Oni su omogućili dase logika blokada upravljanja realizira u samome releju. Na taj način se smanjio dio ožičenja i vremenaizrade. Ipak pozicije potrebnih elemenata su se i dalje morale žicom dovoditi na binarne ulaze releja kakoiz vlastitog polja tako i iz drugih polja. Razmjena informacija između polja se često definira i kaohorizontalna komunikacija. Razvojem tehnologije pojavila se mogućnost da se horizontalna razmjena informacija umjestožičano razmijeni komunikacijskim putem. Definiranjem komunikacije po IEC61850 standardu stekli su sesvi preduvijeti za migraciju sustava blokada upravljanja iz fizičkog u virtualni svijet. Danas se sustavblokada upravljanja može gotovo u cijelosti realizirati virtalno odnosno pomoću logike unutar samog relejai razmijenom potrebnih informacija o položajima raskolopne opreme putem eternet mreže. Jedino što jepotrebno još uvijek ožičavati jesu signali položaja opreme unutar samoga polja.2. PROVEDENO ISPITIVANJE2.1. Osnovne značajke Ispitivanje koje će ovdje biti prezenitirano obavljeno je unutar projekta obnove TS 400/220/110kVu Rumunjskoj. Sama transformatorska stanica nalazi se pored velike termoelektrane i predstavlja važandio prijenosnog sustava. Projekt obnove uključuje zamjenu kompletne primarne opreme na 220kV i100kV naponskoj razini i implementaciju novog sustava zaštite i automatizacije za sve tri naponskerazine. Nova oprema ugrađivat će se umjesto postojeće opreme i to u strogo definiranim fazama zbogpoštivanja potpisanih ugovora o isporuci energije iz elektrane i utjecaja na stabilnost prijenosnog sustava.Puštanje u pogon u fazama je predviđeno u periodu od dvije godine. Zbog toga je odlučeno da će se uprvoj fazi projekta u tvornici izraditi i ispitati samo tipska polja sekundarnog sustava. Cilj tvorničkogispitivanja je provjera funkcionalnosti tipskih polja i njegova potvrda pred kupcem. U sustavu blokada upravljanja se koriste položaji rasklopne opreme te neki dodatni signali poputstanja automata naponskih grana i slično. Horizontalna komunikacija se temelji na razmjeni GOOSEporuka između polja. Kako su za tu fazu ispitivanja pripremljena samo tipska polja sustav blokadaupravljanja bi bio nepotpun te ga se ne bi moglo testirati. Zbog toga se javila potreba da se polja kojanedostaju i njihove GOOSE poruke simuliraju. Kako bi se prednosti IEC61850 standarda mogle bolje iskoristiti počeli su se razvijati posebni alatiza ispitivanje IEC61850 rješenja. Jedan od takvih alata je i Omicron-ov GOOSE Configuration Module,koji uz Omicron-ov ispitni uređaj CMC356 i njegovu osnovnu aplikaciju Test Universe čini platformu zatestiranje GOOSE poruka. Provedeno ispitivanje se može podjeliti u dva dijela: - Ručno ispitivanje tipskih polja - Automatizirano ispitivanje ne tipskih polja Osim razlike u razini automatiziranosti postupka ispitivanja, razlika je postojala i u konfiguracijiispitnog sustava. Prilikom ispitivanja tipskih polja, sva tipska polja bila su istovremeno spojena na lokalnumrežu i time su mogla međusobno komunicirati. Dok je prilikom testiranja ne tipskih polja samo testiranopolje bilo spojeno na lokalnu mrežu. Prvo su odrađeni testovi na tipskim poljima, a zatim na ne tipskapolja, pa će tim redom i biti opisani. 2

Str. 5692.2. Ručno ispitivanje tipskih polja Cilj ovog ispitivanja je bila prezentacija rješenja kupcu. Samo ispitivanje sheme blokadaupravljanja je dio tvorničkog ispitivanja pred kupcem, za vrijeme kojega je potrebno dobiti kupčevoprihvaćanje funkcionalnosti blokada upravljanja ali i samog procesa ispitivanja. Želja je bila pripremitipotpuno funkcionalan model upravljanja transformatorskom stanicom, što bi obuhvaćalo jednostavanpregled položaja rasklopne opreme i upravljanja njome i praćenje signala zabrane/dozvole upravljanjapojedinim elementima. Ispitivanja blokada upravljanja ima relativno jednostavan cilj, provjera dozvole upravljanjapojedinim elementom raklopišta u ovisnosti o ostalima. Iako je cilj relativno jasan, sam postupakispitivanja nije nužno time u potpunosti definiran. Ispitavanje se obično izvodi prema logičkom diagramublokada upravljanja, ručnim upravljanjem elementima raklopišta kako bi se postigle željene konfiguracije.Elementima rasklopišta se može upravljati direktno na njihovim simulatorima, lokalno s upravljačkihjedinica ili putem daljinskog centra za upravljanje ukoliko takav sustav postoji. Ovakav način ispitivanja jerelativno spor ali zorno predstavlja realne manevre u rasklopištu i lagano se prati pa je time dobar zaprezentaciju kupcu. On dopušta upravljanje svim elementima i to proizvoljnim redom, pa se u svakometrenutku može isprobati mogućnost izdavanje komande za svaki element. Osnovni uvjet za ispitivanje blokada upravljanja je poznavanje položaja svih elemenatarasklopišta, što prilikom tvorničkog ispitvanja znači da se svi sklopni elementi moraju nadomjestitisimulatorima. Proporcionalno s veličinom ispitnog rasklopišta, kompleksnosti logike blokada upravljanja isloženosti rasporeda primarne opreme broj elemenata koje treba simulirati raste. Rastom brojaelemenata njihovo praćenje i upravljanje postaje zahtjevnije. Idealno rješenje je aktivni jednopolni prikazrasklopišta koji bi omogučio jednostavan pregled i upravljanje sa jednog mjesta, čemu u potpunostiodgovara standardni sustav daljinskog upravljanja. Nažalost ovakav prikaz nije bio dostupan prilikomprovedenog ispitivanja. Iako je daljinski sustav upravljanja bio dio prezentiranog rješenja u njemu sutijekom ispitivanja bila aktivna samo fizički prisutna tipska polja. Ostala polja je bilo potrebno simulirati štoje i učinjeno kroz simulaciju GOOSE poruka. Slika 1. Omicron GOOSE Configuration aplikacija – Primjer podešavanja virtualnog binarnogulaza koji će simulirati jedan element rasklopišta povezivanjem s postojećim GOOSE porukama uodabranoj scd datoteci. Priprema simulacije započinje unosom SCD datoteke u Omicron GOOSE Application testingmodule aplikaciju. Aplikacija iz nje filtrira i prikaže listu svih GOOSE poruka koje su definirane unutarunesene konfiguracije te ih razvrstava prema listama podataka (data sets) u uređajima u kojima se oninalaze. Korisnik tada može izabrati GOOSE poruke koje želi simulirati/slati na lokalnu mrežu i porukekoje želi primati/pratiti s lokalne mreže. Željene GOOSE poruke se zatim pridjeljuju virtualnim binarnim 3

Str. 570ulazima ukoliko ih se prima ili virtualnim binarnim izlazima ukoliko ih se šalje na lokalnu mrežu. Virtualnibinarni ulazi/izlazi u ovoj aplikaciji služe kao nosioci informacija, primatelji (subscribers) ili odašiljatelji(publishers). Primjer pridjeljivanja GOOSE poruke i izgled izbornika u aplikaciji je prikazan na slici 1. Naslici u gornjem lijevom dijelu se mogu vidjeti virtualni binarni izlazi koje je potrebno simulirati. OdabranaGOOSE poruka nosi informaciju položaja sabirničkog rastavljača Q7 u polju =E01. U donjem desnomdijelu slike su prikazane GOOSE poruke unutar liste podataka u upravljačkoj jedinici polja E01 koje mogubiti simulirane. GOOSE poruke mogu nositi podatke različitog tipa, dok su za potrebe logike blokada upravljanjakorištena samo dva, SP, single point, koji može imati dvije vrijednosti i DP, double point, koji može imatičetiri vrijednosti. Omicronov ispitni uređaj je razvijen za potrebe ispitivanja zaštitnih funkcija pri čemukoristi svoje binarne ulaze i izlaze za potrebe razmjene informacija. GOOSE Configuration aplikacijaunutar GOOSE poruka raspoznaje tipove informacija koje se njome prenose i adaptira ih za rad unutarsvojeg sustava. Kod signala tipa SP korištenje binarnih ulaza i izlaza je logično jer se broj mogućih stanjapoklapa. Dok je kod signala tipa DP nužna prilagodba. Tako aplikacija DP informaciju svodi na dvanajčešće korištena stanja koja reprezentiraju aktivan/neaktivan signal ili otvoren/zatvoren položaj.Preostala dva stanja koja predstavljaju međupoložaj ili nevažeću vrijednost aplikacija odbacije u osnovnojreprezentaciji. Ukolliko korisnik želi drugačiju prezentaciju podataka od one koju aplikacija sama stvorimora sam prepraviti liste podataka (data sets) unutar postojećih uređaja. Taj proces zahtijeva viševremena i znanja te je nešto manje intuitivan i jednostavan za korištenje. Kada se pridjele sve željene GOOSE poruke virtualnim ulazima i izlazima može se prijeći naizradu ispitnih sekvenci. Transformatorska stanica za koju je obavljeno ispitivanje sadrži velik broj polja iprimarnu konfiguraciju s tri sustava sabirnica. Samim time shema blokada upravljanja je relativno složenai sadržava velik broj elemenata. Upravo razmatrajući zahtijeve ovakvog ispitivanja javila se potreba zapreglednom interaktivnom jednopolnom shemom. Nažalost, korištena aplikacija nema mogućnostikreiranja jednopolne sheme kao grafičkog sučelja. Korišteni ispitni uređaj je prvenstveno namijenjen ispitivanju zaštitnih funkcija. Takva ispitavanjasu predefinirana, koriste struje i napone kako bi kreirali određena ispitna stanja te prate svega nekolikopovratnih signala poput poticaja i isklopa, te se izvode u sekvencama i automatizirano. Zbog toga seispitivanje blokada upravljanja umjesto manipuliranjem elementima putem jedopolne sheme moraloizvoditi kroz predefinirane sekvence. Ispitne sekvence se sastoje od predefiniranih faza. Svaka faza predstavlja jednu konfiguracijusimuliranog rasklopišta tj. promjenu stanja jednog elementa u rasklopištu. Izmjenjivanje faza može bitiautomatizirano, izmjena po isteku definiranog perioda ili prema promjeni nekog povratnog signala. Drugaopcija je da se kroz sekvencu napreduje ručno. Ispitivanje pomoću sekvenci je idealno za automatiziranetestove, ali nije optimalno za simuliranje realnog manipuliranja opremom u rasklopištu. State sequencer modul koji je korišten pri ispitivanju ima grafičko sučelje u obliku vremenskogdijagrama. Na njemu su prikazana stanja simuliranih i primljenih poruka kroz sve faze ispitne sekvence.Prije pokretanja sekvence na vremenskom dijagramu se jasno vide simulirani signali, u ovom slučajusimulirane GOOSE poruke. Nakon što se pojedina sekvenca izvede vremenski slijed odgovaraizvedenom testu, te su u njemu prikazana i stanja primljenih GOOSE poruka. Primjer ovakvogvremenskog dijagrama je prikazan na slici 2. Na njoj su simulirani signali, GOOSE poruke, prikazanizelenom bojom, a plavom bojom su prikazani primljeni signali. Nažalost prikaz vremenskog dijagrama zavrijeme izvođenja ispitne sekvence nije moguć. Ispitivanje blokada upravljanja s predefiniranim ispitnim sekvencama ne dozvoljava proizvoljnoupravljanje elementima. S druge strane logika blokada je unaprijed zadana pa se ispitne sekvence laganomogu pripremiti kako bi se što točnije simulirale pojedine pogonske prilike. Pregled simuliranih signala zapolje koje se ispituje može se pratiti u listi događaja same upravljačke jedinice za vrijeme izvođenjasekvence, što donekle nadoknađuje nedostatak istoga u ispitnom uređaju. 4

Str. 571 Slika 2. Prikaz vremenskog dijagrama izvedene ispitne sekvence za sabirnički rastavljač Q1 nakojemu se mogu jasno pratiti simulirani i primljeni signali ispitnog uređaja. 5

Str. 572 Nakon početnog ispitivanja mogućnosti odabrane aplikacije niz testova je pripremljano sasljedećom konfiguracijom. Na sva tipska polja su montirani simulatori rastavljača i prekidača. Ispitivanjese izvodilo putem staničnog računala. Na njemu se moglo upravljati elementima tipskih polja, pratiti njihovstatus, te provjeriti mogućnost upravljanja elementa čije blokade upravljanja su u tom trenutku bileispitivane. Preostala polja su simulirana pomoću GOOSE poruka. Ispitne sekvence su pripremljene daodgovaraju standardnim manevrima u raskopištu. Za primjer testiranja sabirničkog zemljospojnikasimuliran je zatvoren položaj svakog od sabirničkih rastavljača u svim preostalim poljima. Signalisimulirani u tipskim poljima su se mogli pratiti preko sučelja SCADA sustava, dok su se oni i svi preostalisimulirani signali mogli pratiti preko aplikacije lokalne upravljačke jedinice koja se ispitivala. Nakon neštouloženog truda oko osnovnih pojašnjenja oko rada simulacije i praćenja njenih pojedinih djelova,ispitivanje je pokazalo da ovakav način ispitivanja blokada upravljanja može sasvim zadovoljavajućenadomjestiti tradicionalne metode.2.3. Automatizirano ispitivanje ne tipskih polja Cilj ovog dijela ispitivanja je bio stvoriti automatizirane ispitne sekvence. Njihov zadatak je bio dana brz i jednostavan način potvrde ispravnu implementaciju logike tipskog polja u datoteci upravljačkejedinice ne tipskog polja. Kako bi se rezultati ovakvog ispitivanja mogli prezentirati bilo je potrebno stvoritijedan jedinstveni izvještaj koji bi sadržavao stanje svih relevantnih informacija za logiku blokadaupravljanja. To uključuje signale koje ispitni uređaj simulira i signale čiji izvor je upravljačka jedinica. Kako su sve upravljačke jedinice istog tipa za ovaj dio ispitivanja potrebni uvjeti su znatno manji.Sve što je potrebno je upravljačka jedinica, simulator signala koji su dio logike blokada upravljanja, adolaze na binarne ulaze upravljačke jedinice, preklopnik i ispitni uređaj. Što znači da se ovakva vrstaispitivanja može izvesti neovisno o ormarima sekundarne opreme i neovisno o fazi u kojoj će se oniispitivati ili puštati u pogon. Minimalni zahtjevi za provedbu ovakvog testiranja dopuštaju i da se onoprovede u uredskim prostorijama što pruža mogućnost lakšeg i efikasnijeg rada. Signali koji su simulirani pomoću ispitnog uređaja su i do sad bili dio njegovog izvještaja.Potrebno je bilo prikazati u izvještaju signale koje upravljačka jednica prima na svojim binarnim ulazima.Kako se GOOSE komunikacija već koristila za slanje simuliranih signala iz ispitnog uređaja u upravljačkujedinicu rješenje se nametnulo samo. Signali koji su potrebni za praćenje logike blokada upravljanja sudefinirani kao GOOSE poruke u upravljačkoj jedinici i zatim postavljeni kao GOOSE poruke koje ispitniuređaj prima. Tijekom tvorničkog ispitivanja standardni postupak je da se nakon svake promjene stanjarasklopišta provjeri mogućnost upravljanja nekim elementom izdavanjem komande i provjerom odazivaupravljačke jedinice. Ručno izdavanje komande oduzima vrijeme te ne može biti automatizirano. Umjestoprovjere mogućnosti upravljanja izdavanjem komande ono se može provjeriti i preko signala dopuštenjaupravljanja. Prema IEC61850 standardu svaki upravljivi element ima sebi pridružene signale dopuštenjaisklopa i uklopa, odnosno otvaranja i zatvaranja [2]. Ovi signali su iskorišteni kao povratna informacija zaautomatizaciju ispitnih sekvenci te su također proslijeđeni u ispitni uređaj kao GOOSE poruke. Ispunjenjem zahtjeva za jedinstvenim izvještajem mogle su se pripremiti potpune ispitnesekvence. Signali dopuštenja upravljanja su iskorišteni kao triger za automatizirani prelazak između fazasekvence. Time je veći dio simulacije bio u potpunosti automatiziran. Dio koji je još uvijek ostao ručnokontroliran je promjena položaja rasklopne opreme vlastitog polja na fizičkom simulatoru. Za pretpostavitije da bi se i taj dio mogao automatizirati u budućnosti pojavom procesne sabirnice. Ovako pripremljene ispitne datoteke sadržavale su po jednu ispitnu sekvencu za svaki elementpolja i jedan zajednički ispitni izvještaj. On se sastoji od popisa GOOSE signala koji su simulirani i onihkoji su primani na ispitni uređaj. Za svaki ispitani element polja postoji vremenski dijagram sa svim bitnimsignalima njegove logike blokada kako bi se omogućio jednostavan pregled stanja svih signala usvakome trenutku sekvence. Pomoću njega se lagano može rekonstruirati redosljed simuliranihpogonskih konfiguracija i pratiti reakciju upravljačke jedinice pomoću signala dopuštenja. Primjer takvogvremenskog dijagrama se nalazi na slici 2. Na njoj je prikazan vremenski diagram ispitivanja blokadaupravljanja za sabirnički rastavljač Q1. Uz vremenski diagram za svaku ispitnu sekvencu postoji i lista događaja, njezin primjer jeprikazan na slici 3. Ona nadopunjava potpuni pregled tijeka ispitivanja s točnim vremenskim zapisompromjene pojedini signala i njezinom vrijednošću. Na njoj se mogu pratiti vremena obrade pojedini signalai njihov vremenski slijed. 6

Str. 573 Slika 3. Prikaz liste događaja koja upotpunjava ispitni izvještaj s točnim vremenima promjenesignala.3. STEČENA ISKUSTVA Ispitivanje blokada upravljanja simulacijom GOOSE poruka daje mogućnost izradepoluautomatiziranih sekvenci koje mogu biti ispitane na samo jednom polju, ili čak na samo jednojupravljačkoj jedninci, bez potrebe za prisutnošću cijelog sustava. Ono zahtijeva manji broj operacija s rasklopnom opremom i ne zahtijeva uplitanje u normalnipogon ostatka postrojenja. Zbog toga nudi mogućnost vrlo detaljnog ispitivanja u značajno kraćemvremenu. Ovaj način ispitivanja je također vrlo pogodan za tvorničko ispitivanje jer se njegovimprovođenjem provjerava ispravnost logike isparametrirane u upravljačkim jedinicama kao i točnainterkonekcija GOOSE poruka. Vrijeme potrebno za provođenje ovakvog ispitivanja je kraće nego kod tradicionalnog pristupa.Može se podijeliti u dvije faze, fazu pripreme i fazu ispitivanja. Faza pripreme se sastoji od konfiguriranjapotrebnih GOOSE poruka i izrade samih sekvenci i vremenski je dugotrajnija. Ova faza moze se odraditineovisno o fizičkoj lokaciji sekundarne opreme. Faza ispitivanja se svodi na jednostavno izvođenjetestova, traje relativno kratko i može se odraditi u uredu/tvornici ili u samoj trafostanici. Ovime se postiže seljenje dijela posla iz tvornice ili sa samog rasklopišta u ured što doprinosismanjenju troškova te smanjuje vrijeme trajanja tvorničkog ispitivanja i/ili puštanja u pogon. Ukoliko sestekne dovoljno povjerenja u ovakav način ispitivanja blokada upravljanja, tada tvorničko ispitivanje ili čakispitvanje na simulaciji polja može u potpunosti zamijeniti ispitivanje prilikom puštanja u pogon. Tijekom ispitivanja primjećeni su i neki djelovi koji bi se mogli dodatno unaprijediti. Ukoliko bi sesignali koji dolaze fizički na upravljačku jedinicu mogli upravljati pomoću ispitnog uređaja tada bi seispitna sekvenca mogla potpuno automatizirati. Za potrebe ovdje opisanog postrojenja to znači simulacija 7

Str. 574otprilike dvadesetak signala. Vjerojatno su vrlo rijetki ispitni uređaji koji bi imali toliki broj binarnih izlaza,ali ukoliko se radi ispitivanje za koje je potreban manji broj signala, potpuna automatizacija bi se moganapraviti. Šira primjena procesne sabirnice bi također mogla ponuditi potencijalna rješenja. Ispitni paket koji je korišten za provođenje ovog ispitivanja je ponudio dobru platformu zasimulaciju GOOSE poruka, ali je zahtijevao i dosta vremena kako bi se ono realiziralo. Tri stvari su senametnule u tom procesu. Prilikom parametriranja datoteka za potrebe jedne transformatorske stanice DP podaci se moguiskoristiti za različite potrebe, ali najčešća je upotreba za evidenciju stanja upravljivih elemenata,naprimjer pozicija rastavljača ili prekidača. Najčešće korištene su konačne pozicije, otvorena i zatvorena,ali i preostala dva stanja su u procesu inženjeringa podjednako važna. Kao što je ranije navedenoaplikacija tretira DP informaciju kao SP kako bi se ona mogla lakše korisiti u isptnim modulima i kako bise moglo korisiti sučelje temeljeno na binarnim ulazima i izlazima. Ukoliko se želi koristiti sva četirimoguća stanja neke DP informacije ona se mora razbiti na dvije informacije gdje svaka preuzima funkcijujednog bit-a. Ovakav pristup je sličan upotrebi dva binaran ulaza koja se koriste na samoj upravljačkojjedinici gdje se DP informacija i stvara. Ovakav prisup nije intuitivan, pa je i logika prilikom izradepojedinih testova nešto složenija. S obzirom da se DP informacije često koriste, postoji opravdanapotreba da se sučelje za podatke DP tipa dodatno razradi kako bi se oni lakše koristili. Pojavom novih inženjerskih rješenja zasnovanih na komunikacijskim shemama javljaju se novipotencijalni problemi. Pitanje je funkcionalnosti pojedinih rješenja ukoliko dođe do gubitka veze. Zapotpuno testiranje blokade upravljanja bilo bi korisno da aplikacija omogućava jednostavnu simulacijugubitka komunikacije za pojedine signale ili čitave uređaje. Treći aspekt u kojemu bi se korištena aplikacija moga doraditi je grafičko sučelje. Za potrebetestiranja blokada upravljanja bilo bi korisno imati jednopolnu shemu testiranog rasklopišta. Takva shemabi mogla biti interaktivna, dopuštati upravljanje elementima i pokazivati njihovo stanje. Ovakvo grafičkosučelje bi pomoglo boljoj preglednosti simulacije pogotovo za potrebe prezentacije kupcu, dok zaautomatizirano ispitivanje ono nije potrebno.4. ZAKLJUČAK Za ispitivanje blokada upravljanja u tvornici i u transformatorskoj stanici potrebno je imatimogućnost upravljanja svim elementima rasklopišta. Ukoliko je rasklopište već u pogonu to je vrlo teškopostići zbog nedopustivih prekida u isporuci električne energije. Ukoliko se ipak ispitivanje izvodi ono jeobično dugotrajno zbog realnog vremena upravljanja svakim elementom i zbog koordinacije s osobljempostrojenja, a ponekad i dispečerskim centrom. Ispitivanje blokada upravljanja simulacijom GOOSE poruka predstavlja vrlo detaljan i efikasannačin ispitivanja. Tom prilikom dio ili cijelo ispitivanje može se pripremiti i odraditi u uredu. Ono dajeiscrpan izvještaj sa svim testiranim konfiguracijama i odzivom sustava. Ovakvim ispitivanjem se smanjujutroškovi i vrijeme potrebno za puštanje postrojenja u pogon, a pritom se smanjuju zahtijevi na primarnuopremu i uplitanje u pogon postrojenja. Potencijal ovakvog ispitivanja se može najbolje iskoristiti za testiranje blokada upravljanja zapostrojenja koja se puštaju u pogon u fazama, za testiranje sustava koje se naknadno proširuje i zatestiranje postrojenja koje je već u pogonu. Također može značajno ubrzati tvornički proces ispitivanja,gdje se na jednostavnoj konfiguraciji može testirati veliki broj polja u kratkom vremenu.5. LITERATURA[1] [1] 61850-7-4 IEC:2003(E)[2] Siprotec, 6MD66x Manual, C53000-G1876-C102-6, Release date 03.2009[3] Testing an IEC 61850 Complient Relay, Omicron Test Univers documentation 8

Str. 575HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA B5-16ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ11. savjetovanje HRO CIGRÉCavtat, 10. – 13. studenoga 2013.Goran JurišićHELB d.o.o., Dugo [email protected] UTJECAJ NORME IEC 61850 NA SUSTAVE RELEJNE ZAŠTITE SAŢETAK Uvođenjem norme IEC 61850 postavljeni su temelji za stvaranje jedinstvene komunikacijskestrukture koja pokriva sve razine transformatorske stanice. Norma ima potencijal promijeniti način na kojise projektira, konfigurira te ispituje sustav zaštite i automatizacije transformatorskih stanica. Inteligentnielektronički uređaji u kombinaciji s novom komunikacijskom strukturom omogućuju digitalizacijutransformatorskih stanica. Komunikacija na razini procesa i polja prema normi se odvija preko Ethernetmreže čime je znatno smanjena potreba za bakrenim vodičima, a ujedno i investicijskim troškovima.Također, norma omogućuje implementacije novih tehnologija u primarnoj opremi postrojena, poputnekonvencionalnih mjernih transformatora. Definiran je SCL programski kod koji omogućuje zamjenjivosti interoperabilnost uređaja različitih proizvođača. Postavljeni su temelji za unificiranu konfiguracijuinteligentnih elektroničkih uređaja, neovisno o proizvođaču. Ključne riječi: IEC 61850, GOOSE, logička čvorišta, sustav zaštite, SCL, IED IMPACT OF IEC 61850 ON RELAY PROTECTION SYSTEMS SUMMARYWith the introduction of the IEC 61850 standard a foundation for a unified communication structure thatcovers all levels of the substation were set. The standard has the potential to change the way powersubstations are designed, configured and tested. Intelligent electronic devices in combination with thenew communication structure make it possible to digitalize the entire power substations. Thecommunication on the process and bay level is performed via Ethernet network, which has significantlyreduced the need for copper conductors, and therefore the investment costs. Also, the standard allowsthe implementation of new technologies, like non-conventional instrument transformers. The predefinedSCL code structure allows interchangeability and interoperability of equipment from different vendors. Thebasis is set for a unified configuration of intelligent electronic devices regardless of the vendor. Key words: IEC 61850, GOOSE, logical node, relay protection, SCL, IED1. UVOD Za razliku od dosadašnjih komunikacijskih protokola, IEC 61850 definira stroga pravila zarazmjenu podataka između funkcijskih čvorišta, a time je omogućena interoperabilnost uređaja u sustavuzaštite, nadzora, upravljanja te automatizacije transformatorskih stanica, neovisno o proizvođaču opreme.Postizanje zamjenjivosti i interoperabilnosti opreme različitih proizvođača, predstavljali su jedan odtemeljnih ciljeva prilikom izrade norme, a omogućeni su tek nakon priznavanja norme od strane vodećihproizvođača opreme za elektroenergetsku industriju. Interoperabilnost je definirana kao sposobnost dvajuili više uređaja, istog ili različitih proizvođača da razmjenjuju informacije na temelju kojih se izvršavajuinterne ili eksterne operacije. Uobičajeni naziv za navedeno svojstvo u industriji jest “plug-n-play”. 1

Str. 576Razina stanice Norma IEC 61850 nastao je na temelju ranije razvijenog komunikacijskog protokola UCA (eng.Utility Communication Architecture) od kojega su preuzeta osnovna načela objektno orijentiranogmodeliranja. GOMSFE (eng. Generic Object Models for Substation and Feeder Equipment) dio je UCA2.0 protokola i temelj razvoja prve generacije multifunkcionalnih inteligentnih elektroničkih uređaja (eng.IED-Intelligent Electronic Device), koji su u potpunosti interoperabilni i zamjenjivi uređajima različitihproizvođača. Razvoj inteligentnih elektroničkih uređaja (eng. Intelligent Electronic Device) ikomunikacijskih tehnologija omogućio je digitalizaciju transformatorskih stanica. U članku je dan pregled primjene norme IEC 61850 na transformatorske stanice. Navedene suprednosti, ali i osnovni problemi implementacije norme, prikazana su osnovna načela komunikacijskestrukture te utjecaj iste na sustav relejne zaštite. Posebno je razmotren razvoj sustava relejne zaštite itome pripadajuća ispitivanja zaštitnih funkcija.2. OSNOVNA NAČELA IEC 61850 NORME Današnji sustavi automatizacije transformatorskih stanica obuhvaćaju tri hijerarhijske razine, tj.razina stanica, razina polja i razina procesa . Budući da prije uvođenja norme IEC 61850 nije bilokomunikacijskog standarda koji povezuje sve razine transformatorske stanice, komunikacija izmeđupojedinih razina transformatorske stanice često je bila realizirana s nekompatibilnim protokolima.Navedeni problem rješavan je implementacijom dodatnih pretvornika protokola (eng. gateways), štopovećava troškove investicije i smanjuje pouzdanost cijelog sustava. Neki od komunikacijskih protokolakoji se koriste u transformatorskim stanicama, prikazani su na slici 1. [7] [8] [9]. IEC 60870-5-103, Profibus, LON, DNP3, Modbus. itd.Razina IEC 61850 poljaRazina CT CT CT procesa VT VT VT IEC 62271-003, IEC 60044-8 CAN, MVB, itd.Slika 1. Komunikacijski protokoli u transformatorskoj stanici Za prijenos informacija prema normi se koristi Ethernet komunikacijska mreža. Sama topologijaEthernet mreže u velikoj mjeri utječe na performanse prijenosa podataka. Pojam topologija ukomunikacijskoj strukturi odnosi se na način spajanja pojedinih komunikacijskih elemenata. Razlikuje sepet osnovnih topologija mreže koji se razmatraju za komunikacijsku strukturu transformatorske stanice [9].Sabirnička topologija – predstavlja komunikacijsku mrežu koja isključivo služi kao medij za prijenosinformacija te ne sadrži mrežne komutatore ili obnavljače. Svi inteligentni elektronički uređaji su direktnopriključeni na komunikacijsku mrežu. Pokazalo se kako u slučaju velikih sustava automatizacije dolazi dovelikih kašnjenja pri slanju GOOSE (eng. Generic Object Oriented Substation Events) poruka što ovutopologiju čini neprikladnom za velike transformatorske stanice.Prstenasta topologija – sadrži određeni broj mrežnih obnavljača koji su međusobno povezani u prsten.Kako se emitirani podaci obnavljaju nekoliko puta u mreži, degeneracije signala gotovo je zanemariva,što ovu topologiju čini najpouzdanijom. Međutim, kašnjenje u prijenosu podataka gotovo je identično kao ikod sabirničke topologije, što je nije prihvatljivo za vremenski kritične sustave, poput sustava zaštite.Zvjezdasta topologija – mrežna je topologija u kojoj je svaki uređaj priključen na centralno čvorište,mrežni komutator. Brzina prijenosa podataka u zvjezdastoj topologiji mreže dostatna je za implementacijuprema normi IEC 61850, no pouzdanost rada znatno je manja u odnosu na ostale topologije, naimekvarom na centralnom mrežnom komutatoru dolazi do zatajenja cijele komunikacijske mreže.Višestruka zvijezda – sadrži određeni broj mrežnih komutatora koji su međusobno povezani u kaskadniniz. Ova topologija osigurava dovoljno brzi prijenos podataka, te povećava pouzdanost rada sustava.Prstenasto zvjezdasta topologija – sadrži određeni broj mrežnih komutatora koji su međusobno povezaniu prsten, čime je postignuta viša razina pouzdanosti sustava. Brzina prijenosa informacija dostatna je za 2

Str. 577implementaciju prema normi IEC 61850. No, valja napomenuti kako je zbog povećane složenosti sustavaova topologija znatno skuplja u odnosu na ostale [11].2.1. Logička čvorišta prema IEC 61850 Objektno orijentirano modeliranje transformatorskih stanica temelji se na logičkim čvorištima(eng. Logic Node), koji predstavljanju najmanju funkcijsku jedinicu koja razmjenjuje podatke s drugimčvorištima [12][2]. Svako čvorište standardizirana je funkcionalna grupa koja se označava s četiri znaka(npr. PTOC – nadstrujna zašita), pri čemu prvi znak označava podgrupu čvorišta. Dvije su osnovne grupelogičkih čvorišta:  logička čvorišta koja predstavljaju opremu na razini procesa (npr. prekidač)  logička čvorišta koja se odnose na funkcije sustava automatizacije transformatorske stanice (npr. funkcije sustava zaštite). U tablici 1. prikazane su sve podgrupe logičkih čvorišta koji se odnose na sustav automatizacijetransformatorskih stanica definiranih prema normi IEC 61850 [8]. Samom normom definirana su i pravilakoja omogućuju proširenje norme stvaranjem dodatnih logičkih čvorišta, čime je osigurana fleksibilnostnorme za implementaciju dolazećih tehnologija. Tako je 2010. godine objavljena norma IEC 61850-7-410ed1.0, „Hidroelektrane – komunikacija za nadzor i upravljanje“, u kojoj su definirana logička čvorištavezana za komunikacijske sustave hidroelektrana [12].Logička grupa Tablica I. Popis logičkih čvorišta [8] Broj logičkih čvorišta A Naziv grupe 4 C 5 G Automatsko upravljanje 3 I 3 L Sustav nadzora i upravljanja 3 M Općenite funkcije 8 P 28 R Sučelje i arhiviranje 10 S Logička čvorišta sustava 4 T 2 X Sustavi mjerenja 2 Y Sustav zaštite 4 Z 15 Srodni čvorišta sustavu zaštite Senzori i nadzor Mjerni transformatori Sklopni aparati Energetski transformatori Buduća oprema u energetskim sustavimaSvaki inteligentni elektronički uređaj predstavlja fizičku jedinicu (eng. Physical Device) kojaobavlja jedan ili niz grupiranih logičkih operacija, tzv. logički uređaj (eng. Logical Devices). Logički uređajipredstavljaju skup funkcijski povezanih logičkih čvorišta s pripadajućim obveznim podatcima, svojstvima iekstenzijama (eng. Data Objects) [2]. Shema pojednostavljenog logičkog modela prikazana je na slici 2.[14] [15]. Prekidač 1 - položaj aparata Vod 1 – mjerenje struje Podatkovni objekt Pos A Logička čvorišta XCBR MMXU1 Mjerenje 1 Prekidač 1 Logički uređaj (npr. Relej 1) Fizički uređaj (IED) (mrežna adresa) Slika 2. Shema pojednostavljenog logičkog modela2.2. Komunikacije prema IEC 61850 3

Str. 578 IEC 61850 ne definira samo komunikacijske mehanizme za prijenos podataka, već definira istrukturu podataka koji se prenose. Norma razlikuje sedam grupa podataka [1]: uzorkovane vrijednostianalognih signala (eng. SV – Sampled Values), GOOSE poruke, GSSE poruke (eng. Generic SubstationStatus Event), vremensku sinkronizaciju (eng. Time Sync) i MMS prouke (eng. Manufacturing MessageSpecification). Za prijenos podataka koristi se Ethernet mrežna tehnologija, što za posljedicu ima brojeprednosti, ali i nedostatke. Jedna od najznačajnijih prednosti je, dakako, znatno smanjenje investicijskihtroškova uslijed smanjene potrebe za sekundarnim ožičenjem transformatorske stanice. NedostatakEthernet mrežne tehnologije u tome je što je po prirodi nedeterministička i time unosi određenunesigurnost u cijeli sustav [4]. Dostatna razina sigurnosti postignuta je dodavanjem oznaka prioriteta nasvaki podatkovni blok koji se šalje u mrežu, prema normi IEEE 802.1p IEEE 802.1Q [16] [17]. Popisgrupa prioriteta s pripadnim maksimalnim dozvoljenim vremenima prijenosa podataka, prikazani su utablici 2. [18] [15]. Tablica II. Popis grupa prioritetaOznaka Primjeri signala Klasa Zahtjevi grupe točnosti [ms] 10 1A Prorada sustava zaštite P1 3 P2/P3 100 1B Uklop prekidača 20 2 Stanje sklopnih aparata P1 100 3 Podaci mjerenja temperature P2/P3 500 4 Uzorkovani signal napona/struje 10 5 Autorizacija za daljinsko upravljanje P1 3 6 P2/P3 >1000 Vremenska sinkronizacija (točnost) Uvođenje servisa za GOOSE poruke jedna je od glavnih i najpoznatijih značajki norme IEC61850. Servis se temeljeni na konceptu autonomne i decentralizirane metode koja na učinkovit načinomogućava istovremeno slanje podataka na više od jednog fizičkog uređaja [18]. Prema normi IEC61850-7-2 definirane su dvije vrste poruka:  GOOSE poruke– podržavaju razmjenu podataka različitih formata  GSSE poruke– podržavaju razmjenu podatka o promjeni stanja binarnih vrijednosti. Najveća razlika između GOOSE i GSSE servisa je u vrsti informacije koja se prenosi. GOOSEservis omogućuje fleksibilni odabir tipa informacije koja se prenosi, dok GSSE podržava isključivojednostavni popis binarnih stanja. Razmjena podataka uzorkovanih vrijednosti analognih signala temelji se na principu izdavača ipretplatnika (eng. publisher/subscriber). Izdavač pohranjuje uzorkovane vrijednosti u izlaznimeđuspremnik, te ih stavlja na raspolaganje svim logičkim čvorištima koji su pretplaćeni za navedeni. Uzuzorkovane vrijednosti se postavlja i vremenski oznaka kako bi pretplatnik mogao kontinuiranoprovjeravati i korigirati vremenski slijed uzorkovanih signala. Sustav za upravljanje uzorkovanih vrijednostianalognih signala (eng. SVC- Sampled Value Control) zadužen je za prijenos informacije od izlaznogmeđuspremnika izdavača do ulaznih međuspremnika pretplatnika [11]. Postoje dva modela slanja podataka uzorkovanih vrijednosti:  za zaštitne funkcije šalje se 80 uzoraka po ciklusu (4000 uzoraka u sekundi), odnosno 80 podataka po ciklusu.  za funkcije analize kakvoće električne energije potrebna je veća frekvencija uzorkovanja, stoga se šalje 256 uzoraka (12800 uzoraka u sekundi) u podatkovnim blokovima po 8 podataka, odnosno 32 bloka po ciklusu [19]. Prorada sustava zaštite u očekivanim vremenskim okvirnima krucijalna je za siguran pogontransformatorske stanice. Dosadašnja istraživanja pokazuju kako komunikacijska oprema ne utječe naperformanse sustava zaštite, neovisno o proizvođaču opreme. Time je ujedno i potvrđenainteroperabilnost opreme komunikacijskog sustava i sustava automatizacije transformatorske stanice [20][21] [22]. Vrijeme potrebno da se podatak generira i prenosi između inteligentnih elektroničkih uređajanaziva se vremenom prijenosa i definirano je izrazom (1) [23] [24]. 4