Ställverksteknik D
Transcription
Ställverksteknik D
S T Ä L L V E R K S S T Y R T E K N I K De binära ingångarna ansluts till ställ- Ställverksteknik verksutrustningen via givare [2]. Indukti- Dagens ställverk är långtgående au- Kontroll- och skyddsenheter för mel- tar läget hos fackets olika kopplings- tomatiserade och har hög tillförlitlig- lanspänningsställverk är oftast an- apparater. Då givarna är relativt små kan het. Utvecklingen av avancerade gi- passade för att möta lokala mark- de placeras optimalt i förhållande till de vare har, sammantagna med digital nadskrav. Därför har ABB ett flertal komponenter de ska övervaka, för säker styrteknik och omfattande styrpro- produkter motsvarande och direkt indikering. Då givarna är be- gramvara, gett helt nya möjligheter funktioner som den produkt som be- röringsfria och saknar rörliga kontakter att styra ställverk, och medför stora skrivs i följande artikel. Motsvarande har de hög tillförlitlighet och livslängd. fördelar kontroll- och skyddsenheter till SCU för användarna. Digitala som har va beröringsfria positionsgivare uppfat- Externa signaler kan anslutas till styr- styr- och skyddsenheter på facknivå är SPAC, REF och DPU. och skyddsenheten i varje fack, i den ut- i mellanspänningsställverk och enk- Genom alla dessa produkter kan vi sträckning det behövs för processtyr- lare ningen. ökar erbjuda en flexibilitet som motsvarar funktionaliteten och tillförlitligheten högspänningsställverk eventuella olikheter inom normerna i primärsystemet. DIN, IEC och ANSI. Styr- och signalutgångarna är utförda i form av effekthalvledare med kapacitet Fred Carlsson, VD ABB Kraft AB att manövrera kopplingsapparaterna di- D et digitala styrsystemet PYRAMID krav, eftersom parametrarna definieras Därmed elimineras en stor del av kabla- för ställverk [1] arbetar med styrning, och aktiveras i enlighet med varje en- get som krävs vid konventionell styr- och rekt, utan mellanliggande kontaktorer. övervakning, mätning, fjärrmanövrering, skild kunds krav och i enlighet med de skyddsteknik för ställverksfack. SCU förregling och skydd i ställverk på alla betingelser som gäller för det aktuella kan styra, övervaka och indikera tillstånd spänningsnivåer. Systemet bygger på ställverksfacket. visar ett mellan- hos såväl det egna fackets kopplings- programmerbara processenheter som spänningsställverk med SCU-enheter för apparater (vakuumeffektbrytare, frånskil- förbinds med fiberoptiska ledare och da- de styr- och skyddsfunktioner som be- jare och jordare) som kopplingsappara- tabussteknik och ingår i en enkel logisk hövs i varje fack. Vidare är ställverks- terna i t ex ett underordnat lågspän- struktur. 1 visar strukturen hos PYRA- facken i bild 3 utrustade med ström- och ningsställverk. MID för mellanspänningsställverk och spänningsgivare 4 liksom med indukti- enkla högspänningsställverk. På sta- va positionsgivare [2]. tionsnivån erbjuder 3 Ström- och spänningssignalerna kommer från strömgivare (Rogowskispolar) och spänningsgivare (ohmska driftledningssys- För att helt kunna uppfylla använda- temet MicroSCADA en översikt över rens kravprofil har utvecklarna fördelat spänningsdelare), se processer och tillstånd som svårligen maskinvarans uppgifter på flera mikro- vänds som kombinerade mättransfor- kan uppnås med konventionell teknik. processorer. 5 visar maskinvarans prin- matorer i facket och utmärks av hög Samtidigt tillåts säker menystyrd manö- cipiella struktur, med funktionernas för- noggrannhet, linjärt överföringsförhållan- vrering. På facknivån används styr- och delning på de olika processorerna. de och bred dynamik. Signalerna ligger till grund för interna beräkningar av fre- skyddsenheter av typ SCU för skydd, styrning, mätning, övervakning och kommunikation. 4 . Givarna an- Ny givarteknik för kvens, strömmarnas medel- och max- gränssnittet mot processen värden, skenbar effekt, reaktiv effekt och SCU ansluts till ställverksfacket via gal- överförd energimängd. Noggrann anpassning vaniskt isolerade in- och utgångar för till uppgifterna överföring av mätvärden och styrsigna- Lokal display med Styr- och skyddsenheten SCU 2 är ba- ler. grafisk indikering serad på högintegrerad mikroprocessor- Styr- och skyddsenheterna SCU är ut- teknik. Den programvarubaserade pro- rustade med varsin enhetlig grafisk cesstyrningen utnyttjar till fullo maskin- Dr. Volker Biewendt LCD-display för manövrering av fackets varans möjligheter, och SCU kan därför Dr. Werner Ebbinghaus utrustning. erbjuda en bred funktionsuppsättning. Rudolf Wiegand schema över ställverksfacket Apparaterna kan kostnadseffektivt an- ABB Calor Emag Schaltanlagen AG lysdioder i två färger, tillhörande fritt passas till i stort sett alla anläggnings- 18 ABB Tidning 3/1996 Ett fritt programmerbart 6 med programmerbara meddelanden, varning- S T Ä L L V E R K S S T Y R T E K N I K täcker behovet för mellanspänningsanläggningar och enklare högspännings4 anläggningar, som t ex flerstegs överströmsskydd (oriktat och riktat), fler- 1 stegs jordfelsskydd (oriktat och riktat), flerstegs över- och underspännings- skydd, distansskydd osv. De enskilda skyddsfunktionerna kan kombineras på 2 olika sätt, så att ställverksfacket blir optimalt anpassat till de anläggningsspeci5 fika skyddskraven. Samtliga skyddsfunktioner kan programmeras så att de öppnar effektbryta- 3 ren då de löser ut. Användaren kan ABB SCU ABB SCU ABB SCU emellertid även välja att utnyttja skyddsREADY READY READY SET OPERATIONAL OPERATIONAL LOCAL ? REMOTE LOCAL ? REMOTE OPEN CB ningsfunktioner, utan att effektbrytaren SET OPERATIONAL LOCAL ? funktionerna som meddelande- eller var- SET påverkas. Kombinationer av båda kan REMOTE OPEN CB OPEN CB väljas. Förregling av enskilda fack och hela ställverket För att undvika driftstörningar på grund av felaktiga kopplingsmanövrer fordras 1 Funktionell uppbyggnad hos styrsystemet PYRAMID för mellanspänningsställverk och enklare högspänningsställverk Blå Stationsnivå Gul Kommunikationsnivå Grön Facknivå 1 2 3 4 5 Lokal styrning Modulär stationsenhet Styr- och skyddsenhet för fack, SCU Nätkontrollrum Sidoanläggningar, samlingsskeneskydd ar och larm i klartext informerar direkt Operatören kan hämta information i användaren om ställverksfackets till- form av grafiska staplar och numeriska stånd 7 . värden för uppmätta strömmar och Via displayens schema över ställ- spänningar, beräknad aktiv effekt, be- verksfacket kan de olika funktionerna räknad reaktiv effekt och överförd ener- styras gimängd. med funktionstangenter och till/från-omkopplare. Olika behörighets- Genom användarspecifik programme- nivåer (lokal styrning och fjärrstyrning) ring kan funktionsomfattningen i den lo- kan definieras via nyckelomkopplare. I kala SCU-displayen anpassas exakt till inmatningsläget kan parametrarna hos anläggningens behov. förreglingsfunktioner mellan de olika 2 SCU – styr- och skyddsenhet för ställverksfack. Många funktioner och hög tillförlitlighet den aktiverade skyddsfunktionen i apparaten ändras, återinkopplingsfunktionen aktiveras eller desaktiveras samt Skyddsfunktioner lagrade ackumulerade Givarnas ström- och spänningssignaler energivärden och effektbrytardata åter- ligger till grund för de i systemet ingåen- ställas. de maxvärden, skyddsfunktionerna. Funktionerna ABB Tidning 3/1996 19 S T Ä L L V E R K S S T Y R T E K N I K Mellanspänningsställverk med en styr- och skyddsenhet för varje fack 3 Kombinerad ström- och spänningsgivare 5 4 Processorerna i en styr- och skyddsenhet (SCU) och deras uppgifter CP A/D DSP Kommunikationsprocessor Analog/digital-omvandlare Signalbehandling för skydd och mätning MC SP I/O Huvudprocessor för styrning och indikering Givarprocessor Gränssnitt CP A/D DSP MC SP 20 ABB Tidning 3/1996 I/O S T Ä L L V E R K Funktionsschema för ett enkelt ledningsfack S 6 S T Y R T E K N I K 7 Meddelanden i klartext på displayen om ställverksfackets tillstånd kopplingsapparaterna, såväl internt i sigt. Övergripande förreglingsfunktioner anropas från ett kontrollrum och vida- varje fack som på ställverksövergripan- löses med hjälp av en databuss, vilken rebearbetas, i syfte att kunna utföra de nivå. Frånskiljare, effektbrytare och programvarumässigt underhållsåtgärder där och när de be- jordare måste vara förreglade gentemot fackspecifika styrenheterna. integreras i de varandra inom varje fack. De övergripan- Denna typ av förregling för ställverk hövs, i stället för med regelbundna intervall. • de förreglingsfunktionerna tar hänsyn till kan redan före installation provas i detalj samlingsskenornas sektionerings- och i simulatorer, en metod som förkortar na och uppladdningstiden för manö- kopplingsbrytare. driftsättningstiden avsevärt. verdonen mäts och jämförs med för- Ovanstående uppräkning Manövertiden för kopplingsapparater- illustrerar programmerade börvärden. Skulle en att det i varje enskild anläggning finns en avvikelse från det normala avslöjas ges mängd förreglingsvillkor för de olika in- Fackövervakning gående SCU erbjuder en mängd övervaknings- kopplingsapparaterna. Med meddelande eller larm från apparaten. • Den kontinuerliga självövervakningen konventionell ställverksstyrteknik brukar funktioner: av maskin- och programvara hos dessa funktioner lösas med hjälp av • Effektbrytarnas utlösningskretsar över- fackets elektroniska styr- och skydds- hjälpkontakter, ställ- vakas kontinuerligt. Varje defekt i en enhet säkerställer att eventuella fel verksfacken samt kontaktorer. Detta or- ledningar inom sådan krets detekteras omedelbart detekteras omgående. Den felbehäf- sakar kostnader för kabeldragning och och indikeras, innan en felfunktion hin- tade apparaten ger larm (lokalt) eller apparater, samtidigt som risken för fel är ner uppträda. utlöser watchdog-funktionen (grupp- betydande. • Brytartid och kopplade strömmar i ef- meddelande). Därmed kan den defek- Med hjälp av styr- och skyddsenheten fektbrytarna mäts. Resultatet ger in- ta enheten omedelbart bytas ut, innan SCU kan alla förreglingsfunktioner i ett formation om avbränningen av kon- en felfunktion uppträder, som t ex ställverksfack lösas programvarumäs- taktstyckena. Denna information kan utebliven utlösning av ett skydd vid ABB Tidning 3/1996 21 S T Ä L L V E R K S S T Y R T E K N I K fel, som skulle kunna leda till utrust- lägen. I det sammanhanget saknar det Enkla högspänningsfack ningsskador. Den kontinuerliga själv- betydelse om det rör sig om en ny eller Styr- och skyddsenheten SCU kan med övervakningen ersätter till stor del de en moderniserad anläggning. fördel användas även i högspännings- regelbundna funktionskontroller som Även för dessa tillämpningsalternativ fack av enklare typ. Skyddsfunktionerna erbjuds användaren särskilda fördelar kan på denna nivå utnyttjas som reserv- genom att de kompakta apparaterna skydd. Facket betjänas på exakt samma kan installeras på ett enkelt och över- sätt, oberoende av om det rör sig om Användning i konventionella siktligt sätt i facket, genom apparater- hög- eller mellanspänningsställverk – yt- mellanspänningsfack nas breda funktionsomfång och genom terligare ett steg mot enhetlighet i hante- SCU kan via ett extra mättransformator- att de är utpräglat användarvänliga och ringen. paket användas även i ställverksfack tillåter användaren att välja vilken infor- med konventionella ström- och spän- mation som ska visas om fackets till- ett ningsmättransformatorer och kontakter stånd. Sammantaget erbjuder systemet visar samma skåp med öppen dörr. Den som meddelar kopplingsapparaternas ett mycket brett tillämpningsområde. storlek som valts för skåpet illustrerar annars måste göras på apparaterna. Kompakt fackstyrskåp för ett enkelt högspänningsfack med SCU för styrning och reservskydd samt ett separat huvudskydd 22 ABB Tidning 3/1996 8 8 visar ett kompakt fackstyrskåp för enkelt högspänningsställverk. Samma fackstyrskåp med öppen dörr 9 9 S T Ä L L V E R K S S T Y R T E K N I K hur den nya principen med SCU som Översiktlig och tillgänglighet (livslängd och driftsäkerhet) styr- och reservskyddsapparat och med enkel hantering och förbättrar kvaliteten hos insignaler- separat huvudskydd innebär betydligt På stationsnivån erbjuder PYRAMID an- na. enklare, översiktligare och kostnads- vändaren driftledningssystemet Micro- Genom att alla de olika funktionerna effektivare sekundärtekniklösningar även SCADA för lokal styrning. Systemet har är sammanförda i en och samma enhet inom högspänningsområdet. ett grafiskt användargränssnitt i 3D erbjuds användare och operatörer ett (OSF-Motif) och körs på en vanlig per- enhetligt och lätthanterligt gränssnitt på sondator. Beroende på den projektspe- alla spänningsnivåer, upp till enklare Anslutning av cifika anläggningsstorleken och de krav högspänningsfack, något som innebär ställverksfack med SCU till som ställs kan flera operatörsstationer fördelar redan i ställverk som i övrigt är stationsnivån inrättas. Kommunikationen inom det dis- utrustade med konventionell styrutrust- tribuerade systemet går via en Ethernet- ning. Fack med SCU i för övrigt buss som förbinder operatörsstationer- Om fackstyrtekniken integreras i det konventionella ställverk na med varandra och som tillåter utbyte överordnade stationsstyrsystemet PY- Fackets styr- och skyddsenhet löser på av processdata och fullständiga grafiska RAMID kan fördelarna med SCU utnytt- facknivån de uppgifter som annars ford- bilder. jas till fullo. Detta tillåter samtidigt att rat konventionella lösningar i reläteknik. Anläggningsrelaterade uppgifter, som hela ställverket på ett enkelt sätt integre- På den nedersta utbyggnadsnivån kan bildning av gruppmeddelanden, integre- ras med ett driftledningssystem eller ett sammankopplingen mellan olika fack ring av sidoanläggningar, överordnad godtyckligt överordnat processtyrsys- och mellan fack och stationsnivå lösas styrning av transformatorstationer etc tem. på konventionellt sätt med kablage. På sköts också på stationsnivån. denna utbyggnadsnivå kan de digitala Referenser apparaternas fördelar alltså endast utModulär stationsenhet [1] Systemübersicht – PYRAMID Leit- som förbindelselänk technik in Schaltanlagen. Druckschrif- De seriella länkarna mellan de enskilda tenbestellnummer der ABB Calor Emag Fack med SCU som facken och stationsnivån administreras i Schaltanlagen AG: DEACE 1007 94. komponenter i ett en modulärt uppbyggd stationsenhet. [2] Dullni, E.; Fink, H.; Hörner, G.: PYRAMID-system Stationsenheten har ett antal gränssnitt Steuerung moderner Leistungsschalter. SCU-enheterna är utrustade med seriel- som gör det möjligt att ansluta facknivån etz (1995) 11, 8–14. la gränssnitt som gör det enkelt att an- och hela stationsstyrsystemet till ett eller sluta dem till stationsnivån via fiberoptis- flera kontrollrum, eller till ett valfritt pro- ka ledare. Denna seriella förbindelselänk cesstyrsystem, t ex inom ett kraftverk innebär en kraftigt minskad kabeldrag- eller en industri. Även datakommunika- ningskostnad. Via länken kan alla upp- tionen för synkronisering av de olika sys- mätta och beräknade analoga värden temkomponenterna hanteras av den överföras, som t ex U, I, P, Q, effektfak- stationsenheten. nyttjas på facknivå. Författarnas adresser tor, frekvens, brytartid, kopplade ström- Dr. Ing. Volker Biewendt mar etc. Likaså överförs alla binära vär- Dr. Ing. Werner Ebbinghaus den med tidsmärkning (händelser, appa- Mångsidig men ABB Calor Emag Schaltanlagen AG ratlägen och larm), samt parametrar för enhetlig Bahnhofstr. 39–47 skyddsinställning. I framtiden kommer Styr- och skyddsenheten SCU erbjuder D-40878 Ratingen även ett stort antal mät-, styr-, skydds- och Fax: +49 (0) 2102/12-1713 störningsinformation att kunna överföras till stationsnivån. övervakningsfunktioner inom en kom- På denna utbyggnadsnivå utgör SCU pakt enhet. SCU gör det enkelt att an- Rudolf Wiegand integrerade komponenter i ABBs ställ- passa ställverksfacket till den överord- ABB Calor Emag Schaltanlagen AG verksstyrsystem PYRAMID. Tillsammans nade processen. Moderna givare för Käfertaler Straße 250 kan de olika digitala funktionerna utnytt- mätning av spänningar och strömmar D-68167 Mannheim jas mycket effektivt inom detta system. och för indikering av brytarlägen har hög Fax: +49 (0) 621 382-2815 ABB Tidning 3/1996 23