T32 Koordynacja pracy zabezpieczeń odległościowych przy wy…
advertisement
Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki/Systemy Telekomunikacyjne Wprowadzenie do ćwiczenia: Koordynacja pracy zabezpieczeń odległościowych przy wykorzystaniu węzłów SDH piątek, 7 maja 2010 Spis treści 1. WSTĘP................................................................................................................................3 2. CEL ĆWICZENIA ............................................................................................................4 3. KOORDYNACJA PRACY ZABEZPIECZEŃ ODLEGŁOŚCIOWYCH (WYMIANA SYGNAŁÓW DWUSTANOWYCH)........................................................4 3.1 Współpraca między zabezpieczeniami w protokole IEC61850 mechanizm GSSE/GOOSE (wymiana danych z wykorzystaniem sieci LAN/WAN) .......................7 3.2 Podstawowe funkcje zabezpieczenia L90 wykorzystywane podczas ćwiczenia ............9 3.2.1 Implementacja funkcji odległościowej ....................................................................9 3.2.2 Implementacja funkcji logiki programowalnej FLEXLOGICTM .............................9 3.3 Konfiguracja zabezpieczenia L90 .................................................................................10 3.3.1 Praca w programie konfiguracyjnym EnerVista UR oraz podstawowe elementy konfiguracji przekaźników L90..............................................................10 3.3.2 Wymiana sygnałów dwustanowych pomiędzy przekaźnikami L90 z wykorzystaniem wejść i wyjść dwustanowych ...................................................12 3.3.3 Wymiana sygnałów dwustanowych pomiędzy przekaźnikami L90 z wykorzystaniem łącza optycznego i standardu transmisji C37.94.........................14 3.3.4 Wymiana sygnałów dwustanowych pomiędzy przekaźnikami L90 z wykorzystaniem mechanizmów GOOSE/GSSE standardu IEC 61850 ..............18 4. STANOWISKO LABORATORYJNE...........................................................................22 4.1 Opis urządzenia TN1Ue firmy GE Multilin..................................................................22 4.2 Zabezpieczenie L90 firmy GE Multilin ........................................................................23 4.2.1 Ogólna charakterystyka zabezpieczenia L90 firmy GE Multilin...........................23 4.2.2 Budowa urządzenia L90.........................................................................................24 4.3 2 Urządzenie testujące - Tester CMC156 oraz wzmacniacz CMS156 ............................24 1.Wstęp JuŜ od kilkudziesięciu lat urządzenia telekomunikacyjne znajdują zastosowanie w energetyce zawodowej. Początkowo uŜywane były do przesyłania danych między telezabezpieczeniami, czyli urządzeniami słuŜącymi przekaźnikom zabezpieczeniowym np. odległościowym do przesyłania sygnałów dwustanowych. Przez ostanie kilka lat, potrzeba przesyłania danych między zabezpieczeniami zainstalowanymi w sąsiednich stacjach uległa zwiększeniu, ze względu na coraz częstsze wykorzystywanie nowoczesnych zabezpieczeń odcinkowych, wyposaŜonych w funkcje róŜnicowe lub porównawczofazowe. Zabezpieczenia odcinkowe składają się, z co najmniej dwóch urządzeń wymieniających między sobą dane. Wymagania stawiane łączom przez te zabezpieczenia nie są wygórowane, w porównaniu z moŜliwościami, jakie daje stosowana obecnie technika światłowodowa. Nic więc dziwnego, Ŝe od wielu juŜ lat do przesłania danych z elektroenergetycznych zabezpieczeń odcinkowych w wielu krajach uŜywa się urządzeń telekomunikacyjnych pracujących w systemach PDH lub SDH, które pozwalają na bardziej efektywne wykorzystywanie drogich włókien światłowodowych. Przykładem urządzenia telekomunikacyjnego stworzonego na potrzeby przemysłu oraz elektroenergetyki zawodowej moŜe być multiplekser SDH firmy GE Multilin, oznaczony jako TN1Ue. Jego podstawową zaletą jest moŜliwość pracy w trudnych warunkach w środowisku, w którym występują silne zakłócenia elektromagnetyczne oraz duŜe dobowe wahania temperatury. Dzięki tym urządzeniom, moŜliwe jest bezpośrednie wprowadzanie do sieci SDH sygnałów w róŜnych standardach pochodzących z urządzeń zabezpieczeniowych i stworzenie stabilnie pracującej sieci, o strukturze pierścieniowej odpornej na awarie. Przykładową strukturę sieci SDH o strukturze pierścieniowej przedstawiono na rys. 1.1. W przypadku awarii jednego z węzłów SDH następuje natychmiastowe, automatyczne przekonfigurowanie sieci i dane przesyłane są inną drogą (przez inne węzły) w celu dostarczenia danych od elementu początkowego do elementu końcowego. Sygnały zewnętrzne Sygnały zewnętrzne Sieć SDH Inny element sieci Odwzorowanie odwrotne Odwzorowanie Element tranzytowy ŚcieŜka Element początkowy (brzegowy) Element końcowy (brzegowy) Rys. 1.1. Przykładowa struktura sieci SDH 3 2. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wykonanie testów urządzenia TN1Ue pod kątem prawidłowej współpracy z nowoczesnym cyfrowym zabezpieczeniem róŜnicowoprądowym L90 firmy GE. Podczas testów naleŜy sprawdzić poprawność: • wymiany sygnałów dwustanowych uŜywanych do koordynacji pracy funkcji odległościowych przekaźników L90, wykorzystując do tego celu: o łącze optyczne w standardzie C37.94 wprowadzane na moduł DATA-NX64F Unit, o moduły telezabezpieczeniowe DTT urządzenia TN1Ue, o mechanizmy GOOSE/GSSE standardu IEC 61850 korzystające z łącza Ethernetowego, utworzonego za pośrednictwem modułów ETHER-100 Unit urządzenia TN1Ue. Po wykonaniu testów naleŜy przeprowadzić analizę otrzymanych wyników. 3. Koordynacja pracy zabezpieczeń odległościowych (wymiana sygnałów dwustanowych) Zasięg pierwszej strefy zabezpieczenia odległościowego, w której wyłączenie następuje bezzwłocznie, najczęściej jest ograniczony do 85% impedancji zgodnej podstawowego odcinka linii elektroenergetycznej. Pozostałe 15% jest wyłączane z czasem drugiej strefy wynoszącym najczęściej 0,2s. Oznacza to, Ŝe w przypadku linii zasilanych dwustronnie i zabezpieczonych na obu końcach linii, tylko 70% jej długości jest chronione z czasem odpowiadającym pierwszej strefie. Pozostałe 30% jest zawsze wyłączone z czasem drugiej strefy przez jedno z zabezpieczeń. Wymiana informacji dwustanowych między zabezpieczeniami odległościowymi zainstalowanymi na obu końcach linii pozwala na przyspieszenie działania tych zabezpieczeń w pozostałych 30% długości linii. Taka współpraca pozwala na szybszą likwidacje zwarć wielkoprądowych. RozróŜnia się dwa zasadnicze rodzaje sygnałów dwustanowych: • wyłączające, • blokujące. 4 tp tII1 (RZ1) Z tI1 (RZ1) 0 B A 0 ZP tI2 (RZ2) tp tII2 (RZ2) Stacja A Stacja B W1 W2 OW1 OW2 RZ1 ZI RZ2 ZIw NAD ODB ODB NAD Łącze Rys. 3.1. Przesył sygnału impulsowego na wydłuŜenie pierwszej strefy zabezpieczenia RZ2: a) charakterystyka czasowo-impedancyjna, b) zasada współpracy zabezpieczeń NAD– nadajnik, ODB – odbiornik Na rys. 3.1 przedstawiono zasadę współpracy zabezpieczeń odległościowych RZ1 i RZ2 w przypadku, kiedy zabezpieczenie RZ1 wykryje zwarcie w punkcie Z. Po identyfikacji zwarcia na podstawie pomiar u impedancji mniejszej od nastawionego zasięgu pierwszej strefy zabezpieczenie RZ1 wysyła sygnał na wyłączenie. Po odebraniu takiego sygnału przez zabezpieczenie RZ2, następuje zezwolenie na otwarcie wyłącznika W2 w przypadku, gdy mierzona impedancja jest mniejsza niŜ nastawiony zasięg strefy pierwszej wydłuŜonej. Na rys. 3.2 przedstawiono wymianę informacji dwustanowych między urządzeniami zabezpieczeniowymi prowadzoną za pośrednictwem urządzeń telekomunikacyjnych oraz sieci synchronicznej SDH. W momencie działania zabezpieczenia 1 w stacji 1 następuje podanie sygnału 220V d.c. z wyjścia dwustanowego tego zabezpieczenia na wejście dwustanowe telezabezpieczenia. Urządzenie to po zakodowaniu informacji przesyła ją za pośrednictwem interfejsu X.21 do urządzenia telekomunikacyjnego, którym w przedstawionym na rys. 3.2 przypadku, jest multiplekser SDH. Następnie informacja ta jest wprowadzana za pośrednictwem odpowiedniego kontenera do wyjściowego strumienia liniowego, który poprzez poszczególne węzły sieci SDH dociera do multipleksera zainstalowanego w 2 stacji elektroenergetycznej. Medium transmisyjnym pomiędzy poszczególnymi multiplekserami zazwyczaj jest światłowód, choć na pojedynczych przęsłach wykorzystywane są niekiedy radiolinie. Multiplekser w stacji 2 wyprowadza sygnał ze strumienia SDH i poprzez interfejs X.21 wprowadza do telezabezpieczenia. Stamtąd, juŜ w postaci sygnału 220V d.c. trafia na wejście dwustanowe zabezpieczenia 2, powodując jego pobudzenie. Zabezpieczenie 2 w stacji 2 po otrzymaniu sygnału (świadczącego o wystąpieniu zwarcia na chronionej strefie) podaje przez swoje wyjście dwustanowe sygnał na otwarcie swojego wyłącznika. Taka wymiana sygnałów z wykorzystaniem sieci telekomunikacyjnej umoŜliwiła skoordynowanie otwarcia wyłączników po obu stronach linii łączącej stacje 1 i 2. 5 OPTO WE / WY WE / WY X.21 ADM WE WE WY Multiplekser SDH X.21 Telezabezpieczeni e WY PORT Stacja elektroenergetyczna 1 Zabezpieczenie ADM ADM OPTO X.21 ADM WE / WY WE / WY X.21 Multiplekser SDH Sieć SDH ADM WE WY WE WY PORT Stacja elektroenergetyczna 2 Zabezpieczenie Telezabezpieczeni 2 e Rys. 3.2. Wymiana informacji dwustanowych między urządzeniami zabezpieczeniowymi za pośrednictwem telezabezpieczenia i sieci SDH WY WE OPTO WY Multiplekser SDH Moduł WE/WY dwustanowych WE Stacja elektroenergetyczna 1 Zabezpieczenie 1 WE / WY WE / WY Opisany powyŜej sposób wymiany danych moŜe przebiegać równieŜ w nieco odmienny sposób przedstawiony na rys. 3.3. W tym przypadku zamiast telezabezpieczenia, wykorzystuje się multipleksery SDH wyposaŜone w specjalne moduły we/wy dwustanowych, na które to są bezpośrednio wprowadzane sygnały dwustanowe 220V d.c. pochodzące z zabezpieczenia. Takie rozwiązanie pozwala na minimalne skrócenie czasu przesyłania sygnału przez sieć, poniewaŜ nie występują w tym przypadku opóźnienia wprowadzane przez telezabezpieczenia. Zaletą tego układu jest równieŜ prostsze wykonanie. ADM ADM OPTO WY WE WY Moduł WE/WY dwustanowych WE Multiplekser SDH WE / WY WE / WY ADM Stacja elektroenergetyczna 2 Zabezpieczenie 2 Sieć SDH ADM ADM Rys. 3.3. Wymiana informacji dwustanowych między urządzeniami zabezpieczeniowymi za pośrednictwem multipleksera wyposaŜonego w moduł we/wy dwustanowych i sieci SDH 6 3.1 Współpraca między zabezpieczeniami w protokole IEC61850 mechanizm GSSE/GOOSE (wymiana danych z wykorzystaniem sieci LAN/WAN) Standard IEC 61850 definiuje obiektowe modele budowy urządzeń oraz zasady ich zachowania w środowisku sieciowym. Modele te mogą być następnie przystosowywane do róŜnego rodzaju urządzeń stosowanych w podstacjach energetycznych. Modele zakładają, Ŝe kaŜde urządzenie podłączane do systemu musi pozwalać na odczyt informacji na swój temat oraz na pobieranie danych konfiguracyjnych z sieci. Opis parametrów odbywa się za pomocą języka SCL (ang. Substation Configuration Language), który zapisywany jest w plikach XML (ang. Extensible Markup Language). Standard umoŜliwia tworzenie lokalnych baz danych, w których przechowywane są informacje pochodzące z poszczególnych urządzeń podstacji. Taka metoda wymiany danych, pozwala znacząco ograniczyć liczbę połączeń kablowych pomiędzy zainstalowanymi urządzeniami, ułatwiając rozbudowę struktury podstacji. W przypadku modernizacji wystarczy podłączyć nowe urządzenia do baz zbiorczych, zamiast wykonywać oddzielne połączenia pomiędzy wszystkimi systemami, z którymi komunikować ma się nowy sprzęt. Poszczególne elementy systemu mogą być łączone np. z wykorzystaniem technologii Ethernet. Obecnie stosowana technologia umoŜliwia przesyłanie wiadomości z odpowiednio krótkimi czasami. Na rys. 3.4 przedstawiono przykład wymiany danych pomiędzy urządzeniami logicznymi IEC 61850. Rys. 3.4. Przykład wymiany danych pomiędzy urządzeniami logicznymi IEC 61850 Na poziomie podstacji istnieje tzw. magistrala stacji, która zapewnia podstawową komunikację pomiędzy poszczególnymi węzłami logicznymi. Dzięki temu moŜliwe jest przesyłanie sygnałów dwustanowych. Sygnały te są przekazywane w krótkich wiadomościach, o duŜej pewności dostarczenia oraz najwyŜszym priorytecie, nadawanych w trybie multicast. Do ich przesyłania uŜywane mogą być mechanizmy GSSE (ang. Generic Substation State Event) oraz GOOSE (ang. Generic Object Oriented Substation Event) standardu IEC 61850. Wiadomości IEC61850 GSSE są kompatybilne z wiadomościami UCA GSSE/GOOSE. Wiadomości GOOSE zostały wyposaŜone w mechanizm VLAN (ang. Virtual LAN) i funkcję nadawania priorytetów w sieci Ethernet zwiększając tym samym pewność dostarczania. Specyfikacja IEC 61850 zawiera mechanizmy, które potrafią zidentyfikować brak łączności pomiędzy urządzeniem nadającym, a odbierającym. KaŜde urządzenie nadające dane wysyła wiadomość GSSE/GOOSE po prawidłowym włączeniu, gdy ulegnie zmianie stan jakiegokolwiek z bitów wektora stanu lub jeśli nie nastąpiła Ŝadna zmiana stanu po zdefiniowanym okresie czasu (ang. Default Update Time). Urządzenie odbierające w sposób ciągły monitoruje sieć komunikacyjną odbierając wymagane wiadomości na podstawie identyfikatora zawartego w wiadomości. Z odebranej 7 wiadomości odczytywany jest czas do jej wygaśnięcia i uruchamiany jest timer, który go odlicza. Gdy przed upłynięciem tego czasu urządzenie nie dostanie kolejnej wiadomości, wówczas sygnalizowana jest utrata połączenia z urządzeniem zdalnym, a wszystkie bity reprezentujące stany przyjmują wartości domyślne zaprogramowane dla tego urządzenia. W przypadku poprawnie działającego łącza kolejne wiadomości przychodzą przed upływem czasu waŜności poprzedniej wiadomości powodując uaktualnienie bitów stanu oraz restart timera. Na rys. 3.5 przedstawiono zasadę współpracy zabezpieczeń odległościowych za pośrednictwem sieci Ethernet i wykorzystaniu mechanizmów GOOSE/GSSE standardu IEC 618550. W przypadku, kiedy zabezpieczenie 1 wykryje zwarcie w swojej pierwszej strefie wysyła sygnał dwustanowy modyfikując odpowiedni wektor stanu, który następnie za pośrednictwem wiadomości GOOSE lub GSSE jest rozgłaszany w trybie multicast poprzez sieć Ethernet. Zabezpieczenie 2 odbiera wiadomość i następuje zezwolenie na otwarcie wyłącznika w przypadku, gdy mierzona impedancja jest mniejsza niŜ nastawiony zasięg strefy pierwszej wydłuŜonej. Zabezpieczenie 1 Zabezpieczenie 2 Ethernet Ethernet Przełącznik Rys. 3.5. Wymiana informacji dwustanowych między urządzeniami zabezpieczeniowymi za pośrednictwem sieci Ethernet i standardu IEC 61850 Obecnie wymiana informacji między przekaźnikami moŜe odbywać się równieŜ na większe odległości przy wykorzystaniu urządzeń SDH. W takim przypadku, przedstawionym na rys. 3.6, moduły Ethernetowe multiplekserów SDH pełnią rolę mostu łączącego dwie odległe sieci lokalne. Z punktu widzenia zabezpieczeń multipleksery SDH są całkowicie niewidoczne. ETHE WE / WY OPTO Multiplekser SDH WE / WY Ethernet Stacja elektroenergetyczna 1 Zabezpieczeni Przełączni e1 k ADM ADM ADM Sieć SDH ETHE ADM WE / WY OPTO Multiplekser SDH WE / WY Ethernet Stacja elektroenergetyczna 2 Zabezpieczeni Przełączni e2 k ADM Rys. 3.6. Wymiana informacji dwustanowych przy uŜyciu wiadomości GOOSE/GSEE między urządzeniami zabezpieczeniowymi za pośrednictwem mostu utworzonego przez sieć SDH, łączącego lokalne sieci Ethernet w stacjach elektroenergetycznych 8 3.2 Podstawowe funkcje zabezpieczenia L90 wykorzystywane podczas ćwiczenia 3.2.1 Implementacja funkcji odległościowej Funkcja zabezpieczenia odległościowego w zabezpieczeniu L90 moŜe chronić linie zarówno od zwarć międzyfazowych jak i doziemnych. Konfiguracji nastaw funkcji odległościowej od zwarć międzyfazowych moŜna dokonać w oknie konfiguracyjnym Phase Distance programu EnerVista UR przedstawionym na rys. 3.7. Rys. 3.7. Wygląd okna konfiguracyjnego Phase Distance programu EnerVista UR PoniŜej przedstawiono międzyfazowych: wybrane parametry funkcji odległościowej dla zwarć • Function - aktywuje bądź dezaktywuje funkcję odległościową dla danej strefy, • Direction - określa kierunek działania danej strefy funkcji odległościowej, • Shape - określa rodzaj charakterystyki: Mho- charakterystyka kołowa typu mho, Quad- charakterystyka czworoboczna, • Reach - określa zasięg danej strefy w Ω, • RCA - określa kąt, pod jakim nachylona jest prosta, na której znajduje się środek charakterystyki kołowej mho, • Delay - określa czas zwłoki od chwili pobudzenia przekaźnika do momentu podania przez funkcję odległościową impulsu wyłączającego, • Target - określa sposób pobudzenia przekaźnika, • Block, umoŜliwia zablokowanie działania funkcji odległościowej. Dzięki wykorzystaniu róŜnego typu łączy moŜliwe jest koordynowanie pracy funkcji odległościowych w przekaźnikach L90 zainstalowanych na końcach chronionego obiektu. W tym celu w urządzeniu L90 moŜna uruchomić automatykę POTT (Permissive Overreaching Trip) lub przy wykorzystaniu moŜliwości wewnętrznej programowalnej logiki FLEXLOGICTM ustawić odpowiednia logikę działania umoŜliwiającą taką współpracę. 3.2.2 Implementacja funkcji logiki programowalnej FLEXLOGICTM Urządzenie L90 ma na stałe zaimplementowane wiele funkcji, elementów oraz układów logicznych. Funkcje te ogólnie nazywane są logiką programowalną FlexLogicTM. NaleŜą do 9 nich bramki typu NOT, OR, AND, układy czasowe (timery), układy pamiętające (np. przerzutniki typu RS), dodatkowe układy wejść analogowych, wejść i wyjść dwustanowych. Ponadto przy wykorzystaniu edytora równań FlexLogic Equation Editor programu EnerVista UR istnieje moŜliwość tworzenia przez uŜytkownika własnych układów logiki i automatyk wykorzystujących zaimplementowane w urządzeniu wcześniej wymienione elementy logiczne. Sygnały, które moŜna uŜywać podczas tworzenia logiki obejmują wszystkie dostępne funkcje przekaźnika, dzięki czemu moŜliwe jest tworzenie bardzo zaawansowanych niemalŜe nieograniczonych logik. Przykładem moŜe tutaj być utworzenie logiki przedstawionej na rys. 3.8 oraz 3.9 umoŜliwiającej koordynacje pracy funkcji odległościowych przekaźników L90. Rys. 3.8. Wykorzystanie edytora równań FlexLogic Equation Editor prograu EnerVista UR do tworzenia logiki umoŜliwiającej koordynację pracy zabezpieczeń odległościowych Rys. 3.9. Wygląd modułu FlexLogic Graphic wyświetlającego zaproponowaną logikę do koordynacji pracy zabezpieczeń odległościowych 3.3 Konfiguracja zabezpieczenia L90 3.3.1 Praca w programie konfiguracyjnym EnerVista UR oraz podstawowe elementy konfiguracji przekaźników L90 Aplikacja EnerVista UR jest przeznaczona do konfiguracji urządzeń serii UR. Jest ona dołączana do kaŜdego z urządzeń w postaci pliku instalacyjnego dedykowanego dla komputerów klasy PC. Komunikacja komputera z przekaźnikiem odbywa się za pośrednictwem sieci Ethernet. Podczas testów przypisano następujące adresy IP: 10.1.1.91 do przekaźnika L90_1, 10.1.1.92 do przekaźnika L90_2. Adres maski podsieci w obu przekaźnikach ustawiono na 255.255.255.0. 10 Po uruchomieniu programu EnerVista UR ukazuje się okno główne przedstawione na rys. 3.10, gdzie widać juŜ wcześniej dodane dwa zabezpieczenia L90. Rys. 3.10. Okno główne programu EnerVista UR pokazujące listę przekaźników z którymi program będzie się komunikował Podstawowa konfiguracja przekaźników L90 przebiega w 4 krokach: • Ustawienie parametrów sygnałów wejściowych przekaźnika w zaleŜności od rodzaju systemu w jakim pracuje. Rys. 3.11. Okno konfiguracyjne Power System programu EnerVista UR • Wybór modułu wejść analogowych Rys. 3.12. Okno konfiguracyjne Signal Sources programu EnerVista UR • Ustawienie wartości prądów znamionowych oraz wtórnych dla przekładników prądowych z którymi współpracuje przekładnik 11 Rys. 3.13. Okno konfiguracyjne Current programu EnerVista UR • Ustawienie parametrów pracy przekładników napięciowych współpracujących z Rys. 3.14. Okno konfiguracyjne Voltage programu EnerVista UR 3.3.2 Wymiana sygnałów dwustanowych pomiędzy przekaźnikami L90 z wykorzystaniem wejść i wyjść dwustanowych Na rys. 3.15 przedstawiono sposób wymiany sygnałów dwustanowych między przekaźnikami L90 przy wykorzystaniu modułów wejść i wyjść dwustanowych. Przekaźnik L90 1 Moduł CPU Moduły wejściowe i wyjściowe Funkcje zabezpieczeniowe sygnały dwustanowe Contact Contactoutputs inputs Contact inputs Idiff SPZ Z< <U< pobudz . działanie odwzb. Logika programowalna D Q T Przekaźnik L90 2 Moduły wejściowe i wyjściowe Moduł CPU Funkcje zabezpieczeniowe Contact outputs Contact inputs Idiff SPZ Z< <U< pobudz . działanie odwzb. Logika programowalna D Q T Rys. 3.15. Wymiana sygnałów dwustanowych między przekaźnikami L90 przy wykorzystaniu wejść i wyjść dwustanowych Wejścia dwustanowe w przekaźniku mogą mieć konstrukcję przystosowaną do podawania sygnałów napięciowych z wykorzystaniem wewnętrznego źródła napięcia +48V (wejścia typu izolowany styk – ang. Dry) lub przystosowane do podawania napięcia pochodzącego z zewnętrznego źródła np. napięcia pomocniczego +220Vdc (wejścia typu spolaryzowany styk – ang. Wet). Schematy ideowe zastosowania przedstawiono na rys. 3.16. 12 obu wymienionych typów wejść dwustanowych Rys. 3.16. Układ pracy wejść dwustanowych przekaźnika L90; a) wykonanie wykorzystujące zestyk beznapięciowy, b) wykonanie wykorzystujące zestyk spolaryzowany W przypadku wejść typu Dry zestyk urządzenia zewnętrznego jest z jednej strony połączony z zaciskiem B3b, przez który z wewnętrznego zasilacza podawane jest napięcie +48V. Druga strona styku jest wtedy połączona z odpowiednim wejściem dwustanowym (np. ~7a). KaŜda grupa wejść dwustanowych tego typu ma wspólny biegun ujemny wyprowadzony na jeden zacisk (np. ~7b), który musi być połączony z ujemnym biegunem napięcia zasilacza wewnętrznego tzn. z zaciskiem B3a. Zamknięcie styków napięciowych powoduje przepływ prądu o wartości od 1 mA do 3 mA. Symbol ~ w oznaczeniu zacisku oznacza pozycję modułu w obudowie urządzenia. Pozycja jest oznaczana duŜą literą np. H. Styki spolaryzowane typu Wet mają jedną stronę połączoną z dodatnim biegunem zewnętrznego źródła napięcia, natomiast druga strona zestyku jest połączona z zaciskiem dodatnim wejścia dwustanowego (np. ~7a). W tym przypadku ujemny biegun zewnętrznego źródła zasilania połączony jest ze wspólnym biegunem ujemnym wejść dwustanowych urządzenia (np. zacisk ~7b). Napięcie zewnętrznego źródła podawane na wejścia tego typu nie powinno przekraczać 300 Vdc. Istnieje moŜliwość ustawienia progu zadziałania grupy 4 wejść dwustanowych w zaleŜności od uŜytego zewnętrznego źródła. Wartość progową ustawia się na 17V DC dla źródeł 24V, 33V DC dla źródeł 48V, 84V DC dla źródeł od 110V do 125V oraz 166V DC dla źródeł 220V. Okna konfiguracyjne wejść dwustanowych przedstawiono na rys. 3.17. Rys. 3.17. Wygląd okien konfiguracyjnych wejść dwustanowych programu EnerVista UR 13 Wyjścia dwustanowe mogą mieć formę prostych zestyków mogących przekazywać sygnały dwustanowe (rys. 3.18a), jak równieŜ mogą mieć konstrukcję pozwalającą na monitorowanie stanu obwodu, który sterują (rys. 3.18b). Monitorowanie stanu jest moŜliwe poprzez sprawdzanie wartości prądu płynącego w obwodzie i na jego podstawie następuje określenie ciągłości obwodu lub działania podłączonego do niego urządzenia. W przypadku, gdy prąd w obwodzie nie płynie lub ma wartość mniejsza niŜ 1mA, wówczas obie zmienne stanu o nazwach Cont Op x Ion oraz Cont OP x Von przyjmują wartość 0. Oznacza to, Ŝe podłączony do zestyków obwód jest przerwany. a) b) Rys. 3.18. Schemat wyjścia dwustanowego przekaźnika L90; a) wyjście podstawowe; b) wyjście wyposaŜone w układ monitorowania stanu obwodu wyjściowego W przypadku, gdy prąd mierzony w obwodzie zawiera się w granicach od 1 do 1.5mA, zmienna Cont Op x Von jest w stanie 1. Oznacza to, Ŝe do wyjścia jest podłączone obciąŜenie, którym moŜe być cewka wyłącznika, ale nie jest ono włączone. W przypadku, gdy prąd mierzony w obwodzie jest większy niŜ 80mA, dodatkowo zmienna Cont Op x Ion jest w stanie 1. Oznacza to, Ŝe wyjście jest włączone oraz przez obciąŜenie płynie prąd (np. prąd cewki wyłącznika). Na rys. 3.19 przedstawiono wygląd okna konfiguracyjnego wyjść dwustanowych. Rys. 3.19. Wygląd okna konfiguracyjnego wyjść dwustanowych programu EnerVista UR 3.3.3 Wymiana sygnałów dwustanowych pomiędzy przekaźnikami L90 z wykorzystaniem łącza optycznego i standardu transmisji C37.94 W celu umoŜliwienia przekaźnikom komunikacji za pośrednictwem łączy optycznych i standardu transmisji C37.94 naleŜy wyposaŜyć je w dodatkowe moduły komunikacyjne oznaczone jako 76 (1 kanał) lub 77 (2 kanały). Wykorzystanie tego rodzaju komunikacji umoŜliwia wymianę danych na odległości pomiędzy przekaźnikami nie przekraczającej 2km. Na rys. 3.20 przedstawiono sposób podłączenia przekaźników za pośrednictwem łącza światłowodowego wykorzystującego włókna wielomodowe. 14 820nm Przekaźnik L90 C37.94 C37.94 L < 2km Przekaźnik L90 Rys. 3.20. Połączenie przekaźników łączem światłowodowym wykorzystywane przy odległości między przekaźnikami nie przekraczającej 2km W praktycznych układach najczęściej przekaźniki zabezpieczeniowe pracują na końcach linii wysokiego napięcia oddalonych od siebie o dziesiątki lub setki kilometrów. Transmisja danych na tak duŜe odległości jest moŜliwa, gdy przekaźniki L90 np. wyposaŜone są w moduły komunikacyjne oznaczone jako 2A (1 kanał) lub 2B (2 kanały). Moduły te umoŜliwiają komunikację w standardzie C37.94SM z wykorzystaniem światłowodu jednomodowego i długości fali 1300nm. Na rys. 3.21 przedstawiono schemat połączeń przekaźników umoŜliwiający poprawną wymianę danych na odległości większe niŜ 2km. Przekaźnik L90 1300nm C37.94SM C37.94SM L > 2km Przekaźnik L90 Rys. 3.21. Połączenie przekaźników łączem światłowodowym wykorzystywane przy odległości między przekaźnikami przekraczającej 2km; opracowano wg Błąd! Nie moŜna odnaleźć źródła odsyłacza. Wadą powyŜszego sposobu wymiany danych pomiędzy przekaźnikami jest konieczność prowadzenia takiej ilości światłowodów ile jest wymagających kanału telekomunikacyjnego urządzeń. Biorąc pod uwagę fakt, Ŝe urządzenia zabezpieczeniowe uŜywają tylko niewielką część przepustowości światłowodów oraz, Ŝe pojedyncza para włókien moŜe być wykorzystana tylko przez jeden komplet przekaźników, w praktyce komunikacja pomiędzy odległymi stacjami elektroenergetycznymi odbywa się z wykorzystaniem sieci wyŜszego rzędu np. sieci synchronicznych SDH. W takim rozwiązaniu odległości pomiędzy przekaźnikami, a urządzeniami telekomunikacyjnymi nie przekraczają 2km, dzięki czemu moŜliwe jest wykorzystanie światłowodów wielodomowych oraz nadajników emitujących falę świetlną o długości 820nm do przesyłania danych w standardzie C37.94. Natomiast węzły SDH, najczęściej pracujące w strukturze pierścieniowej, przesyłają dane w strukturach ramkowych STM-1 (lub STM-4 w zaleŜności od wymaganej przepustowości) na duŜe odległości wykorzystując do tego światłowody jednomodowe i nadajniki o długości fali 1300nm lub 1550nm. Zaletą tego rozwiązania jest znacznie lepsze wykorzystanie włókien światłowodowych dlatego, Ŝe pojedyncza para światłowodów moŜe przesyłać sygnały pochodzące z wielu róŜnych urządzeń zainstalowanych na stacji i podłączonych do multiplekserów SDH. Na rys. 3.22 przedstawiono sposób tworzenia kanału komunikacyjnego pomiędzy przekaźnikami L90 z wykorzystaniem sieci SDH. 15 L >> 2km Multiplekser SDH Przekaźnik L90 Multiplekser SDH C37.94 1300nm 820nm C37.94 STM-1 STM-1 L < 2km STM-1 STM-1 820nm C37.94 C37.94 L < 2km Przekaźnik L90 STM-1 STM-1 Multiplekser SDH Rys. 3.22. Utworzenie kanału komunikacyjnego pomiędzy przekaźnikami L90 z wykorzystaniem sieci SDH Warto w tym miejscu zwrócić uwagę na poprawną konfigurację modułów komunikacyjnych przekaźnika. W przypadku bezpośredniej wymiany danych pomiędzy urządzeniami L90 jedno z nich powinno generować sygnał taktowania, podczas gdy drugie powinno być ustawione na jego odbiór. Odpowiedniej konfiguracji dokonuje się ustawiając mikroprzełączniki wyboru sposobu taktowania (ang. TIMING SELECTION SWITCH) zainstalowane na płytkach drukowanych modułów komunikacyjnych, w sposób przedstawiony na rys. 3.23. Przekaźnik L90 1 Przekaźnik L90 2 ON OFF 1 2 3 4 5 6 ON OFF 1 2 3 4 5 6 Rys. 3.23. Sposób ustawienia mikroprzełączników modułów komunikacyjnych przekaźników L90 do komunikacji bezpośredniej Przy wykorzystaniu komunikacji za pośrednictwem multiplekserów SDH moduły komunikacyjne w obu przekaźnikach L90 powinny być ustawione na odbiór sygnału taktowania. Za generację sygnału taktowania odpowiedzialne są odpowiednie moduły zainstalowane w multiplekserze SDH. Sposób poprawnego ustawienia mikroprzełączników przedstawiono na rys. 3.24. Przekaźnik L90 1 Przekaźnik L90 2 ON OFF 1 2 3 4 5 6 ON OFF 1 2 3 4 5 6 Rys. 3.24. Sposób ustawienia mikroprzełączników modułów komunikacyjnych przekaźników L90 do komunikacji z multiplekserami SDH Jak juŜ wcześniej wspomniano, mikroprzełączniki znajdują się na płycie drukowanej modułu komunikacyjnego. Aby uzyskać do nich dostęp, w celu ich konfiguracji, naleŜy wyciągnąć moduł z przekaźnika zwalniając uchwyty, a następnie wykręcając śrubkę zdjąć obudowę modułu. Budowę modułu komunikacyjnego 77 oraz połoŜenie mikroprzełączników pokazano na rys. 3.25. 16 Rys. 3.25. Budowa modułu komunikacyjnego 77 oraz połoŜenie mikroprzełączników W celu dokonania poprawna komunikacja za pośrednictwem łącz bezpośrednich pomiędzy przekaźnikami L90 konieczne jest uaktywnienie funkcji róŜnicowoprądowej w obu przekaźnikach, przy czym zablokowanie jej działania (np. w przypadku gdy nie musi ona być wykorzystywana) nie ma wpływu na pracę łącza. Poprawność działania łącza moŜna zweryfikować otwierając okno Channel Test w programie EnerVista UR. Na rys. 3.26 przedstawiono wygląd tego okna. Rys. 3.26. Wygląd okna Channel Test program EnerVista UR Za pośrednictwem łącza światłowodowego oprócz informacji o sygnałach analogowych mogą być równieŜ przesyłane sygnały dwustanowe. Do ich wymiany słuŜą zmienne nazwane wyjściami bezpośrednimi - Direct Outputs oraz odpowiadającymi im wejściami bezpośrednimi - Direct Inputs. UmoŜliwiają one przesyłanie sygnałów, którymi mogą być pobudzenia generowane przez funkcje zabezpieczeniowe, a takŜe dowolne stany wejść i wyjść pochodzące z programowalnej logiki wewnętrznej. Na rys. 3.27przedstawiono sposób wymiany sygnałów dwustanowy między przekaźnikami L90 przy wykorzystaniu wejść i wyjść przypisanych do łącza bezpośredniego. 17 Przekaźnik L90 1 Moduły wejściowe i wyjściowe Moduł CPU Funkcje zabezpieczeniowe Direct inputs Direct outputs Idiff SPZ Z< <U< pobudz. działanie odwzb. Logika programowalna dane przesyłane w obie strony D Q T Przekaźnik L90 2 Moduły wejściowe i wyjściowe Moduł CPU Funkcje zabezpieczeniowe Direct inputs Direct outputs Idiff SPZ Z< <U< pobudz. działanie odwzb. Logika programowalna D Q T Rys. 3.27. Wymiana sygnałów dwustanowych między przekaźnikami L90 przy wykorzystaniu wejść i wyjść przypisanych do łącza bezpośredniego W przekaźniku L90 dostępnych jest 8 wyjść oraz 8 wejść bezpośrednich. Przypisanie do wyjścia bezpośredniego sygnału dwustanowego, który ma zostać przesłany do drugiego przekaźnika, polega na dokonaniu odpowiedniego wyboru z pola kombi w oknie konfiguracyjnymi Direct Outputs programu EnerVista UR. Na rys. 3.28 przedstawiono wygląd okna konfiguracyjnego wyjść bezpośrednich na którym wyjście bezpośrednie Direct Output 1-1 odwzorowuje stan przycisku User 1 znajdującego się na panelu przednim przekaźnika. W przekaźniku zdalnym jego stan będzie widoczny pod zmienną Direct Input 1- 1 i moŜe być wykorzystany w dowolny sposób przez logikę wewnętrzną. Rys. 3.28. Wygląd okna konfiguracyjnego wyjść bezpośrednich programu EnerVista UR 3.3.4 Wymiana sygnałów dwustanowych pomiędzy przekaźnikami L90 z wykorzystaniem mechanizmów GOOSE/GSSE standardu IEC 61850 Przekaźnik L90 jest w sensie logicznym serwerem IEC 61850 pracującym zarówno ze stosem protokołów TCP/IP jak równieŜ TP4/CLNP(OSI). Dzięki temu moŜliwa jest wymiana sygnałów dwustanowych przez port Ethernet w protokole IEC 61850. Sygnały te są przekazywane w krótkich wiadomościach o duŜej pewności dostarczenia oraz najwyŜszym priorytecie nadawanych w trybie multicast. Do ich przesyłania uŜywane są mechanizmy GSSE (ang. Generic Substation State Event) oraz GOOSE (ang. Generic Object Oriented Substation Event) standardu IEC 61850. Wiadomości IEC 61850 GSSE są kompatybilne z wiadomościami UCA GSSE/GOOSE. Struktura wiadomości GSSE składa się ze 128 wartości 18 dwubitowych reprezentujących cyfrowe informacje stanu, z czego 32 przypada na wektor typu DNA, odwzorowujący sygnały dwustanowe o predefiniowanych znaczeniach. Pozostałe 96 wartości dwubitowych stanowi wektor oddany do dyspozycji uŜytkownika oznaczony jako UserSt. Za jego pomocą moŜna zdefiniować dowolne zdarzenia. W przekaźniku L90 ograniczono wielkość wektora UserSt do 32 wielkości dwubitowych. Struktura wiadomości IEC 61850 GOOSE, w przeciwieństwie do wiadomości GSSE, nie jest tak ściśle określona i mogą one zawierać róŜne dane. W przypadku, gdy są one uŜywane do przesyłania sygnałów dwustanowych, wtedy wiadomość GOOSE jest identyczna z wiadomością GSSE. JednakŜe, wiadomości GOOSE zostały wyposaŜone w mechanizm VLAN (ang. Virtual LAN) i funkcję nadawania priorytetów w sieci Ethernet zwiększając tym samym pewność dostarczania. Mechanizm VLAN został opisany w standardzie 802.1Q. Polega on na wprowadzeniu do ramki Ethernet dodatkowych 4 bajtów o nazwach TPID (2 bajty) oraz TCI (2 bajty). TPID (ang. Tag Protocol Identifier) identyfikuje protokół wykorzystywany w przesyłaniu danych i dla standardu Ethernet wynosi 8100H, natomiast pole TCI (ang. Tag Control Information) zawiera informacje kontrolne znacznika, w której 3 bity określają priorytet nadany ramce. Obsługa priorytetów została opisana w standardzie 802.1P. Przekaźnik L90 zgodnie ze specyfikacją IEC 61850 zawiera mechanizmy, które potrafią zidentyfikować brak łączności pomiędzy urządzeniem nadającym, a odbierającym. KaŜde urządzenie nadające dane wysyła wiadomość GSSE/GOOSE po prawidłowym włączeniu, gdy ulegnie zmianie stan jakiegokolwiek z bitów wektora stanu lub jeśli nie nastąpiła Ŝadna zmiana stanu po zdefiniowanym okresie czasu (ang. Default Update Time). Dodatkowo w wiadomości przesyłana jest zmienna określająca czas jej wygaśnięcia (ang. Hold Time). Wartość tej zmiennej jest 3 krotnie większa od domyślnie zaprogramowanego czasu wymaganego przez urządzenie odbierające. Urządzenie odbierające w sposób ciągły monitoruje sieć komunikacyjną odbierając wymagane wiadomości na podstawie identyfikatora zawartego w wiadomości. Z odebranej wiadomości odczytywany jest czas do jej wygaśnięcia i uruchamiany jest timer, który go odlicza. Gdy przed upłynięciem tego czasu urządzenie nie dostanie kolejnej wiadomości, wówczas sygnalizowana jest utrata połączenia z urządzeniem zdalnym, a wszystkie bity reprezentujące stany przyjmują wartości domyślne zaprogramowane dla tego urządzenia. W przypadku poprawnie działającego łącza kolejne wiadomości przychodzą przed upływem czasu waŜności poprzedniej wiadomości powodując uaktualnienie bitów stanu oraz restart timera. Do wymiany sygnałów dwustanowych za pośrednictwem mechanizmów GOOSE/GSSE protokołu IEC 61850 w przekaźniku L90 słuŜą zmienne nazwane zdalnymi wyjściami Remote Outputs oraz odpowiadającymi im zdalnymi wejściami – Remote Inputs. UmoŜliwiają one przesyłanie sygnałów, za pośrednictwem wektorów stanów DNA oraz UserSt. Sygnałami tymi mogą być pobudzenia generowane przez funkcje zabezpieczeniowe, a takŜe dowolne stany wejść i wyjść pochodzące z programowalnej logiki wewnętrznej. Na rys. 3.29 przedstawiono sposób wymiany sygnałów dwustanowy między przekaźnikami L90 przy wykorzystaniu wektorów stanów mechanizmów GOOSE/GSSE standardu IEC 61850. 19 Przekaźnik L90 1 Moduły wejściowe i wyjściowe Moduł CPU Funkcje zabezpieczeniowe dane w protokole IEC61850 przesyłane w obie strony 1 Remote inputs SPZ Z< <U< Remote Outputs D PRZEŁĄCZNIK ETHERNET P2 P3 Q T Przekaźnik L90 2 Moduły wejściowe i wyjściowe P4 Moduł CPU Funkcje zabezpieczeniowe P5 P6 Remote inputs Idiff SPZ Z< <U< P7 1 P8 pobudz. działanie odwzb. Logika programowalna - DNA - UserST P1 Idiff pobudz. działanie odwzb. Remote Outputs - DNA - UserST Logika programowalna D Q T Rys. 3.29. Wymiana sygnałów dwustanowych między przekaźnikami L90 przy wykorzystaniu wektorów stanów mechanizmów GOOSE/GSSE standardu IEC 61850 Konfiguracja poprawnie działającego kanału komunikacyjnego w standardzie IEC 61850 przebiega w kilku kolejnych krokach. Pierwszym z nich jest poprawne ustawienie adresów IP przekaźników np. przypisując adres 10.1.1.91 do przekaźnika 1 natomiast 10.1.1.92 do przekaźnika 2. W obu przypadkach adres podsieci powinien być taki sam np. 255.255.255.0. PowyŜszą konfiguracje naleŜy dokonać wykorzystując klawiaturę oraz wyświetlacz, znajdujący się na panelu przednim przekaźnika, otwierając następującą ścieŜkę w menu: SETTINGS PRODUCT SETUP COMMUNICATIONS NETWORK Kolejnym krokiem jest nadanie przekaźnikom unikatowych nazw i uruchomienie protokołu GOOSE lub GSSE uŜywając do tego celu programu EnerVista UR. Wygląd okien konfiguracyjnych Server Configuration oraz GSSE/GOOSE Configuration przedstawiono na rys. 3.30. Przykładowo przekaźnik 1 nazwano jako L90_1 natomiast przekaźnikowi 2 przypisano nazwę L90_2. 20 Rys. 3.30. Wygląd okien konfiguracyjnych Server Configuration oraz GSSE/GOOSE Configuration programu EnerVista UR Kolejnym etapem jest określenie zdalnych urządzeń z którymi mają komunikować się przekaźniki. Konfiguracji dokonuje się w oknie Remote Devices. W tym przypadku dla przekaźnika L90_1 zdalnym urządzeniem będzie L90_2, a dla przekaźnika L90_2 urządzenie L90_1. Wygląd okien konfiguracyjnych Remote Devices obu przekaźników przedstawiono na rys. 3.31 Rys. 3.31. Wygląd okien konfiguracyjnych Remote Devices programu EnerVista UR obu przekaźników Ostatnim krokiem jest przypisanie sygnału w jednym z przekaźników do wyjścia wirtualnego, a dokładniej do jednej z komórek wektora stanu DNA lub UserSt. Natomiast w przekaźniku zdalnym naleŜy przyporządkować do wirtualnego wejścia urządzenie z którego będzie nadawany sygnał, rodzaj uŜywanego do przesyłania wektora oraz połoŜenie sygnału w wektorze. Przykładowo uŜywając okna konfiguracyjnego Remote Outputs DNA Bit Pairs przekaźnika L90_1, moŜna przypisać do DNA 1 sygnał odwzorowujący stan przycisku USER 3 znajdującego się na panelu przednim urządzenia i przesłać go do urządzenia zdalnego L90_2. W przekaźniku zdalnym, korzystając z okna konfiguracyjnego Remote Inputs naleŜy np. do pierwszego wirtualnego wejścia przypisać przekaźnik L90_1, następnie określić komórkę wektora uŜywaną do transmisji, która w tym przypadku to DNA-1. Od tej pory zmienna Remote I/P 1 On przekaźnika L90_2 odwzorowywać będzie stan przycisku znajdującego się na panelu przednim przekaźnika L90_1 i moŜe być wykorzystywana w dowolny sposób przez programowalną logikę wewnętrzną. Okna konfiguracyjne przedstawiono na rys. 3.32. 21 Rys. 3.32. Wygląd okien konfiguracyjnych Remote Outputs DNA Bit Pairs przekaźnika L90_1 oraz Remote Inputs przekaźnika L90_2 4.Stanowisko laboratoryjne Testy układów AE przeprowadzane na stanowisku laboratoryjnym pozwalają na określenie moŜliwości wykorzystania urządzeń oraz uŜywanych przez nie standardów telekomunikacyjnych do realizacji automatyk stacyjnych takich jak między innymi koordynacja zabezpieczeń odległościowych czy działanie układu zabezpieczeń róŜnicowoprądowych. Weryfikacja działania układów, moŜe odbywać się poprzez wymuszanie odpowiednich poziomów napięć, prądów i sygnałów dwustanowych na wejściach urządzeń oraz sprawdzanie reakcji ich wyjść dwustanowych i informacji przekazywanych przez porty komunikacyjne. Taki sposób testowania umoŜliwia ustalenie charakterystycznych parametrów działania automatyki zabezpieczeniowej (np. maksymalnego czasu opóźnienia między pojawieniem się warunków wymuszających otwarcie wyłącznika na wejściach pierwszego urządzenia, a wysłaniem przez to urządzenie informacji o konieczności wyłączenia i pojawieniem się sygnału otwierającego wyłącznik na odpowiednim wyjściu docelowego urządzenia). 4.1 Opis urządzenia TN1Ue firmy GE Multilin Urządzenie TN1Ue firmy GE Multilin jest zintegrowanym multiplekserem SDH typu ADM (Add and Drop Multiplexer), pracującym przy przepustowości 155,52 Mb/s w standardzie STM-1. Multiplekser TN1Ue moŜe dostosowywać szerokość pasma umoŜliwiając tworzenie kanałów transmisyjnych zarówno dla usług szerokopasmowych jak i wąskopasmowych zaczynając od przepustowości 64kb/s. Urządzenie to zostało zaprojektowane tak, aby spełniało wymagania stawiane w transmisji danych szczególnie dla celów przemysłowych. Uwzględniono przy tym trudne warunki pracy urządzenia w środowisku, w którym występują silne zakłócenia elektromagnetyczne oraz duŜe dobowe wahania temperatury. ZaleŜnie od konfiguracji urządzenie to moŜe poprawnie pracować w wielu topologiach sieci typu: punkt-punkt, liniowego (szynowego), samonaprawialnego pierścienia z protekcją ścieŜki, wielokrotnych samonaprawialnych pierścieni, pierścienii z odnogami. Cały system oparty na TN1Ue został pomyślany i zbudowany tak, aby zapewnić maksymalną pewność i niezaleŜność przesyłania krytycznych informacji np. przy współpracy zabezpieczeń elektroenergetycznych, sygnalizacji czy informacji związanych z systemami SCADA. Na rys. 4.1 przedstawiono schemat blokowy konfiguracji systemu TN1Ue umoŜliwiającej bezpośrednie wprowadzanie danych z urządzeń zabezpieczeniowych do sieci SDH za 22 pośrednictwem odpowiednich modułów. Konfiguracja przedstawiona na rys. 3.4 jest stosowana podczas wykonywanych ćwiczeń. RING 1 Ethernet 100BaseTX SWITCH 10BaseT ZAB. 1 ZAB. 2 ZAB. n C37.94 820nm ZBEZPIECZENIE 4 sygnały dwustanowe Node 2 Node 1 Power Unit Power Unit STM-1 Unit1300nm STM-1 Unit1300nm SERVICE Unit IP SERVICE Unit STM-1 Unit1300nm STM-1 Unit1300nm ORDERWIRE Unit ORDERWIRE Unit ETHER-100 Unit ETHER-100 Unit DATA-NX64 Unit DATA-NX64 Unit 4W VF E&M Unit 4W VF E&M Unit DATA-G703 Unit DATA-G703 Unit DATA-NX64F Unit DATA-NX64F Unit DTT-RCV Unit DTT-XMT Unit CMUX Unit CMUX Unit CMUX Unit CMUX Unit Power Unit Power Unit TN1Ue TN1Ue Ethernet 100BaseTX SWITCH 10BaseT ZAB. 1 ZAB. 2 ZAB. n C37.94 820nm ZBEZPIECZENIE 4 sygnały dwustanowe Rys. 4.1 Schemat blokowy proponowanej konfiguracji Do przesyłania danych z zabezpieczeń róŜnicowych/odległościowych wykorzystano porty optyczne w tym C37.94. Standardy te zostały wybrane ze względu na duŜą odporność na zakłócenia elektromagnetyczne pozwalającą na przesyłanie danych z prędkością 64kb/s na odległość kilkuset metrów. 4.2 Zabezpieczenie L90 firmy GE Multilin W zabezpieczaniu linii WN/NN w Polsce przyjęto zasadę stosowania dwóch zabezpieczeń głównych, wzajemnie się rezerwujących oraz trzeciego dwustopniowego zabezpieczenia zerowo-prądowego kierunkowego. Jednym z dwóch zabezpieczeń głównych moŜe być wielostrefowe zabezpieczenie odległościowe lub odcinkowe zabezpieczenie porównawcze. Przykładem zabezpieczenia odcinkowego moŜe być zabezpieczenie róŜnicowoprądowe L90 firmy GE. Jest to nowoczesne urządzenie wykonane w technice mikroprocesorowej, które pozwala na realizację wielu funkcji zabezpieczeniowych, ustawienie własnej logiki działania za pomocą programowalnej logiki wewnętrznej oraz wymianę danych z innymi przekaźnikami za pomocą róŜnych standardów począwszy na standardzie optycznym C37.94, a skończywszy na IEC 61850. 4.2.1 Ogólna charakterystyka zabezpieczenia L90 firmy GE Multilin Urządzenie L90 naleŜy do serii urządzeń UR (Universal Relay) firmy GE. Jest to cyfrowe urządzenie zabezpieczeniowe stosowane do ochrony linii WN. Przystosowano je do pracy zarówno w układzie dwóch jak i trzech powiązanych z sobą terminali zainstalowanych w liniach kompensowanych, liniach z odczepami oraz liniach z kompensacją prądu ładowania. Oprócz podstawowego kryterium zabezpieczeniowego, którym jest funkcja róŜnicowa prądowa, urządzenie posiada szereg funkcji rezerwujących. Zaliczyć do nich moŜna między innymi funkcję nadprądową, podimpedancyjną, blokadę przeciwkołysaniową, automatykę 23 SPZ itd. W zabezpieczeniu róŜnicowoprądowym L90 jest moŜliwe aktywowanie funkcji odległościowej, która będzie głównym przedmiotem przeprowadzanego ćwiczenia. Dodatkowo przekaźnik został wyposaŜony takŜe w funkcje pomiarowe, rejestrujące zakłócenia oraz programowalną logikę wewnętrzną FlexLogic. Wewnętrzny zegar, z którego korzysta mechanizm znaczenia czasem, moŜe być synchronizowany z urządzeń zewnętrznych za pomocą sygnałów IRIG-B lub z wykorzystaniem protokołu SNTP działającego w sieci Ethernet. 4.2.2 Budowa urządzenia L90 Cechą charakterystyczną tego urządzenia jest budowa modułowa, przez co moŜliwe jest konfigurowanie przekaźnika według indywidualnych potrzeb uŜytkownika. Podstawowe wyposaŜenie urządzenia L90 stanową następujące moduły: • zasilacz – Power Suply, • jednostka centralna - CPU, • wejść analogowych przystosowanych do współpracy z przekładnikami prądowymi i napięciowymi - CT/VT MODULES (current transformers / voltage transformers), • wejść i wyjść dwustanowych - DIGITAL INPUTS/OUTPUTS, • wejść i wyjść dwustanowych do współpracy z przetwornikami pomiarowymi – TRANSDUCER INPUTS/OUTPUTS, • komunikacyjne - INTER-RELAY COMMUNICATIONS. Na rys. 4.2 przedstawiono widok przedniego panelu zabezpieczenia L90. STATUS EVENT CAUSE IN SERVICE VOLTAGE TROUBLE CURRENT TEST MODE TRIP FREQUENCY OTHER ALARM PHASE A PI CKUP PHASE B RESET USER 1 USER 2 PHASE C NEUTRAL/GROUND USER 3 SETTI NGS I N USE BREAKER 1 GROUP 1 OPEN GROUP 2 CLOSED GROUP 3 GROUP 4 TROUBLE GROUP 5 BREAKER 2 ENABLED GROUP 6 OPEN DISABLED GROUP 7 CLOSED IN PROGRESS GROUP 8 TROUBLE LOCKED OUT RECLOSE MENU HELP MESSAGE 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 . +/ - L90LINE DIFFERENTIAL RELAY ESCAPE ENTER VALUE Rys. 4.2. Widok przedniego panelu przekaźnika L90 4.3 Urządzenie testujące - Tester CMC156 oraz wzmacniacz CMS156 Testery mikroprocesorowe zostały zaprojektowane z myślą o sprawdzaniu poprawności działania: • urządzeń zabezpieczeniowych, • układów przekształtnikowych typu: - transformatory pośredniczące, - przetworniki, • innych urządzeń automatyki elektroenergetycznej posiadających: - wejścia analogowe do pomiaru prądu i napięcia, - wejścia dwustanowe do określania stanu logicznego sygnałów dwustanowych, - wyjścia dwustanowe do sterowania. Testowanie urządzeń odbywa się w układzie przedstawionym poglądowo na rys. 4.3. 24 Tester mikroprocesorowy łącze wymiany danych układy wyjść analogowych układy wejść/wyjść analogowych i dwustanowych łącze do wymiany informacji z PC sygnały analogowe Wzmacniacz sygnały dwustanowe sygnały analogowe Badane urządzenie Badane urządzenie Rys. 4.3. Układ testowania urządzeń automatyki elektroenergetycznej przy wykorzystaniu testera mikroprocesorowego oraz wzmacniacza Tester mikroprocesorowy połączony jest z jednej strony z badanym urządzeniem, z drugiej z komputerem nadrzędnym - zwykle klasy PC. Z komputera przesyłane są polecenia i dane określające rodzaj realizowanego testu, na który składają się: poziomy wymuszanych prądów i napięć, sekwencje oraz czasy zmian, zarówno wymienionych wielkości, jak i wyjść dwustanowych testera. Z badanego urządzenia przekazywane są informacje zwrotne o czasach zmian stanów zaobserwowanych na wejściach dwustanowych, zmierzonych wartościach analogowych (np. w przypadku badania przekształtników). Tester CMC-156 (przedstawiony na rys. 4.4a) składa się z 6-ciu źródeł analogowych (3 prądowych i 3 napięciowych), 4 wyjść dwustanowych, 10 wejść dwustanowych oraz dwu wejść analogowych. Wzmacniacz CMS-156 (przedstawiony na rys. 4.4b) składa się z 6-ciu źródeł analogowych (3 prądowych i 3 napięciowych). Sterowanie testerem jak i wzmacniaczem odbywa się za pomocą komputera klasy PC wyposaŜonego w oprogramowanie OMICRON Test Universe 1.61 pracujące pod systemem MS Windows. a) b) Rys. 4.4. Wygląd zewnętrzny: a) testera typu CMC-156, b) wzmacniacza typu CMS-156 25
