ПЕТТО СОВЕТУВАЊЕ - welcome in mako cigre · pdf fileзаштита. Таков...

B5-04R 1/8

ПЕТТО СОВЕТУВАЊЕОхрид, 7–9 октомври 2007

Љубомир Стрезов АД МЕПСО, 1000 – Скопје, Република Македонија

ТЕХНИКИ ЗА КОМУНИКАЦИЈА ЗА ДИСТАНТНА ЗАШТИТА НА ПРЕНОСНИОТ СИСТЕМ НА МЕПСО

КУСА СОДРЖИНА

Статијата преставува преглед на различните техники за комуникација кои се користат во енергетската мрежа на МЕПСО за потребите на дистантна заштита на линиите за пренос. Во минатото, традиционално, за пренос на командите и сигнализацијата меѓу уредите на двата краја од линијата се употребуваа уреди за работа по водови за висок напон користејќи ВФ пренос. На ниво на трафостаницата за поврзување на уредот за заштита со ВФ уредот се користеа пилотски кабли. Во задните години, овој медиум за пренос се заменува со пренос по мултимодни фибер оптички влакна (MMF). Ова претставува нов предизвик за производителите да понудат ефикасно и не многу скапо решение за пренос на сигналите на заштита на кусо растојание.

Фибер оптичкиот пренос е алтернативна техника. Таа доминира во енергетската мрежа на МЕПСО во решенијата за комуникација со спротивната страна. Првото решение користи пар од влакна за да обезбеди засебна врска за уредите за заштита. Како преносен медиум се користат MMF влакна на куси растојанија и мономодни влана (SMF) за врски на голема далечина. Алтернативно решение на ова е да се користи оптички пренос на рамниште на трафостаницата, а пота мултиплексна врска преку постојната дигитална мрежа за пренос.

Во последниот дел од статијата е опишана едно посложено решение за да се обезбеди редуданост во дистантната заштита. Овој дел завршува со некои предлози како потребните врски да се обезбедат поефикасно со користење на алтернативни уреди за пренос.

Клучни зборови: (Дистантна заштита, пренос на податоци на далечната страна, фибер оптички пренос)

ABSTRACT: COMMUNICATION TECHNIQUES FOR DISTANTE PROTECTION OF MEPSO’S ELECTRICAL GRID

This paper presents an overview of different communication techniques used in the MEPSO’s electrical grid for distance protection of its transmission lines. In the past, traditionally, power line carrier (PLC) equipment were used as transmission medium for the exchanges of commands and signaling between the devices located on both ends of the line. On the substation level, for the interconnection of protection device with and PLC a pilot cable was used. In the recent years, this transmission medium has been replaced by multimode fiber optic (MMF) cables. This represents a new challenge to the manufacturers; to find an efficient and not expensive solution for the transmission of protection signaling on short range.

The fiber optic transmission is an alternative technique. It dominates in the solutions for remote end communication in MEPSO’s electrical grid. The first solution uses a pair of fibres for provisioning of dedicated link between the protection devices. As transmission medium are used MMF on short distance and single mode fibres (SMF) on long distance links. The alternative solution uses optical transmission on substation level and multiplexed link over the existing digital transmission network.

MAKO CIGRE 2007 B5-04R 2/8

In the last part of the paper it is described a more complex solution for provisioning of redundancy in the distant protection. It concludes with some proposals how the requested links could be established on more efficient way using alternative transmission equipments.

Keywords: (Distance protection, remote end data communication, fiber optic communication)

1 ВОВЕД

Статијата дава преглед на различнире решенија кои се користат во енергетската мрежа на МЕПСО за да се оствари директна комуникација меѓу релињата за дистантна заштита од двете страни на водот. Решенијата кои се користат може да се поделат во две основни групи.

Во првата се оние кои, со цел да се оствари комуникација во целост користат оптички пренос. Во втората група се решенијата кои се базираат врз оптички или на пренос пи пилотски кабли во рамките на трафостаницата, а потоа користат некој телекомуникационен медиум за пренос на далечина. Најчесто, ваквото решение се означува со поимот мултиплексирана врска (линк), а се потпира на дигитални системи за работа по оптика (PDH или SDH), на системи за работа по водовите за висок напон (PLC) или систем кој ги користи микробрановите (радио) пренос.

Трудот соджи пет дела. По воведниот дел следи делот во кои е даден кус преглед на возможните решенија како да се оствари комуникација со спротивната страна за потребата на системот за дистантна заштита. Во третио дел даден е преглед на директна комуникација меѓу релињата, односно уредите за пренос на командите и сигнализацијата. Во четвртиод дел е направен преглед на решенијата за комуникација со уредот на далечната страна кога се користи пренос по мултиплексен систем од дигиталната хиерархија. Следи делот во кои се дадени две можни решенија за обезбедување на потребната редудантност на телекомуникациската врска. На крајот е даден попис на користената литература.

2 КОМУНИКАЦИЈА СО УРЕДОТ ОД СПРОТИВНАТА СТРАНА

Наједноставен и практичен начин е меѓу двата уреди за заштита да се оствари директна комуникација преку постојни фибер оптички влакна, како што е земјоводното јаже со интегрирани оптички влакна (OPGW). Алтернативните решенија за комуникација на уредите за заштита се базираат на користење на постојните телекомуникациони медиуми [1]. Такви се дигиталните мултиплексни системи кои користат оптички кабли, уредите за работа по водови за висок напон (PLC – Power Line Carrier) или микробранови насочени врски. Меѓутоа, заедничка политика на голем број енергетските компании е расположивиот опсег на пренос да го користат што поефикасно. Од овие причини компаниите ретко се одлучуваат за директен пристап до медиумот. Тие го користат истиот медиум за пренос на говор, податоци, за пренос на сигналите за дистантна заштита и често се одлучуваат дури да ги комбинираат влезовите од голем број на корисници. За да се пренесат овие многубројни активности преку ист медиум се пристапува кон постапката за повеќекратно негово користење. Оваа постапка се означува со поимот мултиплексирање и во основа се јавува во две форми; како мултиплекс со фреквентна распределба (Frequency Division Multiplexing – FDM) и во мултиплеџ со временска распределба (Time division Multiplexing – TDM). За пренос на корисничките сигнали низ мултиплексниот уред потребно е да се користи соодветна собирница (интерфејс). Интерфејсите имаат физички и електрични карактеристики. Физичките карактеристики започнуваат со големината и обликот на конекторот, бројот на иглите во него (пинови), дали е тој машки или женски и тн. Електичните карактеристики ја дефинираат формата на сигналот, бројот на жили кои се користат во отпрем и прием, бројот на контролни и управувачки сигнали итн.

На сл.1 е претставена општа блок-шема на врската на уредот за заштита со дигитална телекомуникациска мрежа преку протокол конверторот. Овој уред може да има голем број на различни функции. На пример оптичкиот пренос од едната страна да го претвори во жичен пренос од другата страна. Да изврши конверзија на форматот на податоците и да ги прилагоди на потребите и карактеристиките на телекомуникациониот систем по кој сигналот ќе се пренесува.

Форматот на податоците (протоколите) зависи од типот на мрежата по кои сигналите се пренесуваат и од овие причини се стандардизирани голем број на интерфејси. Некои од типовите кои се релевантни за пренос на сигналите на дистантна заштита се наведени во текстот што следи.


G.703 е стандард за широка употреба кој се користи за поврзување на телекомуникационите уреди со терминалните уреди за пренос на податоци (DTE – Data Terminal Equipment) како што се рутерите, протокол коверторите и слично. Стандардот се јавува во две варијанти; ко-дирекционен и контра-дирекционен. Најчесто се користи првата форма во која сигналот и придружниот сигнал на тактот (timing signal) се пренесуваат во иста насока.

X.21 е стандард за сериска комуникација преку синхрони дигитални линии. Информационите сигнали, сигналите за управување и контрола се пренесуваат преку две жили (симеричен, односно балансен пренос) што резултира со голема отпорност на шумовите и можните пречки. Наоѓа примена за приклучување на рутерите на телекомуникациската мрежа или протокол конверторите.

Слика 1: Комуникација преку мултиплексен систем и дигиталнан мрежа

За комуникација со уредот за заштита од спротивната страна се користат комуникациски модули кои ги има во три основни верзии:

• За комуникација по фибер оптички влакна

• За комуникација на мали растојанија по пилотските кабли, и

• За галванска врска со комуникациските уреди користејќи некој од ITU (International Telecommunication Union) и EIA (Electronic Industries Association) стандардизирани интерфејси.

3 КОМУНИКАЦИЈА ПО ОПТИЧКИ ВЛАКНА

Возможни се неколку решенија за оптички пренос. Подетално ќе бидат елаборирани само решенијата кои се користат во МЕПСО за потребите на дистантна заштита.

3.1 Директна оптичка врска по посебни влакна

Директна оптичка врска меѓу релињата може да се оствари само ако се релињата од двете страни на врската од ист производител и се од иста генерација (на пример ABB релињата серија 5xx) [1]. Во сите други случаи не е возможна директна комуникација меѓу релињата.

Треба да се нагласи дека ваквото решение ангажира две оптички влакна само за потребите на заштита. При тоа податоците кои се разменуваат меѓу релињата се со многу мала брзина (64 kbit/s) во однос на енормниот капацитет на влакната (80 x 64 x 155 Mbit/s). Ваквото решение е целисходно само на релативно покуси растојанија (<20 km) или кога е бројот на влакната на кабелот извондредно голем (>48),

Фибер оптичките комуникациски модули може да се користат за работа по мултимодни (ММ) и по мономодни (SM) оптички влакна. Модулот е во состојба да работи по 9/125 μm SM и 50/125 или 62.5/125 μm ММ влакна при бранова должина од 1300 nm. Вообичаено на располагање се две нивои на излезната моќност – со висока (-4 dBm – 0 dBm) или со ниска (\-20 dBm) ниво. Дострелот на врската зависи од избраната излезна моќност на модулот и од типот на влакното што се користи за пренос. Типични се дострели до 80 km, а поголеми растојанија може да се премостат ако работната бранова должина на модулот е околу 1550 nm.

X.21

или

G703.1

64 kbit/s

Дигитална мрежа Уред за заштита PDH Mux


Слика 2: Директна врска меѓу релињата по оптички влакна

Во мрежата на МЕПСО споменатиот метод на комуницирање се применува на 400 kV далновод ТС Скопје 4 – ТС Скопје 5 (должина на врската околу 20 км) и на 110 kV далновод ТС Башино село – ТС Велес 2 – ТС Велес 1 (5+1 km, за диференцијална заштита).

3.2 Директна оптичка врска за пренос на командни сигнали

Ако релињата на двете страни од линјата што ја штитат се од различни производители или од ист производител но од различни генерации во тој начин не е можна да се оствари директна комуникација меѓу релињата со избор на соодветни комуникациски модули. Напротив, во овој случај ќе се примени пренос на сигналите на команда, За оваа цел на страната на релињата дополнително се инсталираат уреди кои ги претвараат сигналите на команда (4 или 8) во оптички сигнал погоден за пренос по светловоди [5,6].

Уредите во кои се врши оваа конверзија се јавуваат во два вида.

Првиот е тип на уред кој исклучиително се користи само за пренос на сигналите за дистантна заштита. Таков е на пример производот NSD570 на ABB [5], односно SWT3000 на Siemens [6]. Тој ангажира чивт влакна само за пренос на сигналите за заштита, значи неефикасно ги троши расположивите ресурси. Освен тоа ваквото решение може да се примени на релативно помали растојанија (околу 30 km дострел). Решението е идентично со она прикажано на сл.2.

Вториот тип на уред е сигналите на команда да се доведат на соодветно дизајнирана картичка од PDH или SDH уредите. Ваквото решение го има ABB со картичката TEBIT (Teleprotection and Binary Unit) која се вментнува во интегрираниот PDH и SDH уред FOX 515 [1]. Во овој случај сигналите на команда се пренесуваат заедно со говорните сигнали и податочните сигнали во еден агрегатен сигнал со проток од 155 Mbit/s. Во овој случај се остварува многу поефикасно користење на оптичката линија, а и дострелот на врската е поголем (до 120 km).

Првиот тип на уреди треба да бидат монтирани во ТС Штип 1 за да се овозможи редудантна врска за далноводот ТС Штип – ТС Чрвена Могила со пренос на сигналите на дистантна заштита по PLC уредот. Второто решение, со примена ма TEBIT и FOX 515.ќе се користи за дистантна заштита на далноводот ТС Битола 2 – ТС Флорина.

4. КОМУНИКАЦИЈА ПРЕКУ ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОНИ СИСТЕМИ

Ако меѓу релињата не постои директна оптичка врска, ако оптичката линија е многу долга (>100 km) та е невозможно да се оствари директна комуникација меѓу релињата или ако се сака да се заштеди чивт на влакна тогаш се применува комбинираното решение. Тоа се состои во реализација на врска по ММ фибер или по пилотски кабел од релето (кое стандардно се наоѓа во релејната куќичка во разводната постројка) до мултиплексниот уред кој се наоѓа во командните простории на трафо станицата.

Решението да се користи пилотски кабел од релето до мултиплексниот уред се практикуваше во МЕПСО во минатото и тоа кога како систем за пренос на далечина се користеле PLC уреди. Со цел да се избегнат можните индуцирани влијание од околината врз сигналите што се пренесуваат ваквото

Уред за заштита


FO

FO


решение денес е напуштено и е заменето со пренос по ММ оптички влакна и на ниво на трафостаницата.

Решението за пренос по оптичките влакна зависи од тоа дали релињата од двете страни на линијата се од ист или различни производител (на пример ABB Rel521 од едната и ABB Rel531 од другата страна или пак релето на втората страна е на пример SIPROTEC 4 производ на Siemens).

4.1 Врски меѓу релиња ид ист производител

Ако релињата на двете страни на врската се од ист производител и иста генерација тогаш тие се снабдуваат со модул за работа по ММ на кусо растојанир (<3.5 km). На страната на мултиплексниот систем (лоциран во ТС) се сместува фибер-оптичкиот конвертор кој оптичкиот сигнал го претвара во електричен сигнал погоден за пренос на мултиплексниот систем. Возможни се повеќе различни интерфејси, но заради поголемите бинарни протоци кои ги подржуваат и помалиот број на жили, во мрежата на МЕПСО предвидено е да се користат G.703 или X.21 интерфејсите.

Подетално, како сигналот кој доаѓа од релето ќе се приклучи на мултиплексниот систем и со кој бинарен проток зависи од расположивиот мултиплексен систем во трафостаницата (ТС).

Слика 3: Комуникација со користење на фибер оптички конвертор

Ако во ТС постои мултиплексен систем од плезиохроната дигитална хиерархија (PDH) во тој случај сигналот од излезот на интерфејс конвероторот се доведува на картичка на мултиплексниот уред со интерфејс според G.703 или X.21 стандардот. Бинарниот проток кој се зафаќа е 64 kbit/s. Едниот од MUX уредите се конфигурира да биде мастер на тактот, а вториот, на другата страна од врската, да го следи (slave). Релињата на двете страни се конфигурирани да го следат master тактот, односно да бидат slave [2,3].

Ворото решение се применува ако во ТС постои само уред од синхроната дигитална хиерерхија (SDH). Во ваквиот случај уредот располага со G.703 интерфејс со бинарен проток од 2 Mbit/s. Значи оптичкиот конвертор треба да обезбеди претварање на оптичкиот сигнал на електричен со проток од 2 Mbit/s. Конверторите и релињата на двете страни од врската се нагодени на slave мод на работа бидејќи тактот го обезбедува SDH мрежата [4].

Постои и една алтернативно решение да се искористи SDH мрежата за пренос на сигналите на дистантна заштита. Тоа е да се користи некој од службените канали кои се пренесуваат во заглавјето (overhead) na SDH сигналот. Предноста на ваквото решение е што се штеди на ширината на преносниот канал (се ангажираат само 64 kbit/s) и што може да се примени интерфејс наменет за пренос по PDH системите. Недостаток на ваквото решение е што кналите во заглавјето на SDH сигналот не се штитат од дефекти во уредите или од прекин на линијата за пренос, односно за нив не е предвидена заштита.

Претходно изложеното решение е применето за пренос на сигналите на заштита на 400 kV далновод Скопје 4 – Дуброво преку врската ТС Скопје 4 – ТС Битола 2 – ТС Кавадарци 1 – ТС Дуброво (долга околу 200 km). Но, врската меѓу релињата повремено се прекинува заради губење на синхронизацијата меѓу нив. Причините за ова ќе треба да се утврдат во иднина, преку дополнителни тестирања и симулирање на комплетна врска со вклучени релиња на двете страни.

Дигитална мрежаFОC Mux


FO


4.2 Врски меѓу релиња од различни производители

Кога релињата од двете страни на линијата се од различни производители или од различни генерации тие не може меѓу себе да комуницираат со сигнаки во дигитален облик бидејќи не постои стандардизиран протокол за комуникација на релињата. Со други зборови релињата, и кога се од најнова генерација не може да се “разберат“. Во тој случај нивната комуникација се сведува на испраќање и примање на команди (вообичаено 4 или 8). Ваквиот пристап е стандарден кај PLC уредите и од најнова генерација. Сите тие во својата конструкција имаат интегрирано картичка за пренос на 4 или 8 команди за потребите на дистантната заштита. За доведување на командите односно за нивен прием постои засебен интерфејс (реглета) преку која се остварува поврзување на релето со системот за пренос.

Во новата генерација ВФ уреди се врши софтверско нагодување на начинот на комуникација со релето (затворен или отоворен контакт, безнапонска состојба или напојување со 46 или 220 V еднонасочен напон и слично). Ваквата конфигурација на уредите е оптимална ако релето и ВФ уредот се колоцирани или ако за нивна врска се користи пилотски кабел. Ваквото решение беше користено во минатото во МЕПСО стандардно за поврзување на уредот за заштита со ВФ уредите, на пример ТС Скопје 4 – ТС Битола 2.

Во задниве години техничките барања за поврзување на уредот за заштите со телекомуникациониот систем се изменети така што се инсистира врската од релејната куќичка до просторијата со ТК уредите да се оствари по оптички кабел. Некои производители (ABB, Alstom) ваквото барањето го исполнуваат само со инсталација на дополнителна опрема. На пример, со уреди производ на ABB предвидено е во новата ТС Штип 1 да се монтираат NSD 570 уреди кај релето и ВФ уредот кои ќе бидат опремени со модули за работа по ММF . Врската меѓу NSD 570 и интегрираната заштита NSD550 во ВФ уредот ETL 500 ќе се оствари со вкрстување на командните и сигналните жили. Блок=шема на решението е дадена на сл.5.

Слика 4:Блок шема на релејната заштита на далеководот ТС Штип 1 – ТС Червена Могила

5. НЕКОИ ПРИМЕРИ ЗА РАДУДАНТНИ ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОНИ ВРСКИ

Во овој дел се претставени некои решенија за дистантна заштита со кои е обезбеден редудантна телекомуникациона врска. Ќе бидат разгледани две решенија; за линијата ТС Скопје 4 – ТС Битола 2 и за линијата ТС Штип 1 – ТС Червена могила.

NSD570

FO FO

NSD570

FO

ETL 500

ETL 500

G4AI

NSD570

FO

NSD550

G4AI

G4AI

MMF

SMF

= ТС Штип 1 ТС Червена Могила

λ=1550nm

λ=850nm


На далноводот 400 kV ТС Скопје 4 – ТС Битола 2 дистантна заштита е обезбедена преку постојниот PLC уред ETL7 и уредот за дистантна заштита DZ8, двата производ на IskraSysen од Словенија. Во Скопје 4 монтирани се две релиња за дистантна заштита Rel521v1.5 производ на ABB, а во Битола 2 двете релиња се производ на Siemens. Бидејќи релињата се од различни производители, а освен тоа не подржуваат вградување на модули за работа по оптички влакна оптимално решение е следното:

• На секоја страно по едно од постојните релиња да се задржи за работа по PLC уредот.

• За врска на релињата преку дигиталната телекомуникациона мрежа да се користи оптички пренос на рамниште на ТС, а потоа PDH и SDH мултиплексните уреди.

Една возможна конфигурација на уредите е прикажана на сл.5. Претпоставено е дека на двете страни по едно од постојните релиња ќе се замени со релиња Rel531v2.5 во кои се вградени модули за комуникација по MMF на кусо растојание DCM-SFOM. Овие модули се во состојба да комуницираат со набавените оптички конверори 21-1651 од FIBERDATA кои се монтирани непосредно до PDH уредите (1515C-XC од Alcatel). Врската меѓу конверторите и PDH уредите ќе се оствари преки X.21.

Слика 5: Конфигурација на можна редудантна врска меѓу ТС Скопје 4 – ТС Битола 2

На наредната слика е прикажана реализација на бараната редудантна врска меѓу ТС Штип 1 и ТС Червена Могила ако предвидената заштита од ABB се замени со опрема производ на Siemens. Во тој случај може да се искористат две карактеристики на PLC уредите PowerLink. Имено тие

• Може да содржат до 2 интегрирани уреди за заштита iSWT3000

Digi

Rel531 SFOM

PLC ЕТ7

PLC ЕТ7

PDH

SDH мрежа

PDH

DZ8 DZ8

Rel521

Rel531 SFOM

Siemens

MMF MMF

21-1651 21-1651

ТС Скопје 4 ТС Битола 2

Пилотски кабел

Пилотски кабел


• Може да се вгради модул за работа по оптички влакна кој е во состојба да комуницира со уредот SWT3000 од спротивната страна.

Предложеното решение предвидува во ТС Штип-1 кај во релејната куќичка уредот NSD570da се замени со SWT3000 во кој е вграден модул за дигитален пренос DLE (Digital Line Equipment) и модул FOS2 за оптички пренос по MMF влакна на куси растојанија. Во SWT3000 може да се вгради и втор модул FO за оптички пренос по SMF кој работи на бранова должина од 1550nm и со кој може да се оствари дострел на врската од околу 150 km [6]. На блок-шемата е прикажан екстерен модем со цел на врската да и се обезбеди поголема маргина за слабеењето. Поврзувањето на FOM-20 (производ на RAD) и DLE се остварува преку X.21.

ВФ уредот во Штип предвидено е да има само еден интегриран уред за заштита со вграден модул FOS2 за оптички пренос по MMF [7]. ВФ уредот во Червена Могила треба да содржи исто така еден интегрирани уреди за заштита. Во Червена Могила релето се врзува непосредно на ВФ уредот.

Слика 6: Блок-шема на алтернативно решение за заштитата за далекуводот

ТС Штип 1 – ТС Червена Могила

6. ЛИТЕРАТУРА

[1] ABB: Application manual Line high speed distance protection terminal REL 531*2.5, 1MRK506178-EN_A_en [2] ABB: Communication requirements for REL 551/561 in digital telecommunication networks, Document ID: SA2005-000039 [3] ABB: Setting Example ABB REL 551 / 561 + Fiberdata 21-16xx + G.703 co-directional, Doc. no. SA/DS 024901/KW [4] ABB: Setting Example ABB REL 551 / 561 and Fibersystem 21-170 for G.703 E1 (2 Mbit), Doc. no. 1MRK 506 283-WEN [5] ABB: Communicate NSD570 Teleprotection System, Operating Instructions, 1KHW000890-EN, Edition April 2004 [6] Siemens: Power Network Telecommunication, SWT 3000 protection signaling system [7] Siemens: PowerLink Equipment Manual

SWT3000

FOМ-20

MMF

SMF

ТС Штип 1 ТС Червена Могила

λ=1550nm

λ=850nm

FOМ-20

PowerLink

iSWT3000

X.21

PowerLink

iSWT3000

FOS2

FOS2

DLE

DLE

DLE

ПЕТТО СОВЕТУВАЊЕ - welcome in mako cigre · pdf fileзаштита. Таков...

Documents