© ABB Group March 12, 2009 | Slide 1
IEC Standarden i VannkraftverkHvilke nye muligheter gir det.
Arne Wolden, Relevern - PTK 2009, 10. mars 2009
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 2
Innholdsfortegnelse
Innledning
Introduksjon til standarden
Ulike konfigureringer
Nye muligheter
Konklusjon
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 3
IEC 61850 - Innledning
IEC standarden i Vannkraftverk er et vidt grep, men det er
IEC 61850 det vil bli snakk om her
Denne standarden har sitt utspring som en standard for
transformatorstasjoner – men vil forsøke å vinkle mot
kraftverk og koblingsanlegg
Foredraget vil være vinklet mot vernsiden av standarden
Hva ligger i standarden
Fordeler denne standarden gir
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 4
IEC 61850 - Introduksjon
IEC 61850 - en standard som ble introdusert i 2004 og som
beskriver kommunikasjon i en transformatorstasjon
I 2007 kom en ”ekstra” del som beskriver kommunikasjon
og funksjonalitet i kraftverk
IEC 61850 består av flere deler
Eksempler kan være
61850-5 komm.krav for funksjoner og apparater
61850-8-x og 61850-9-x stasjons – og prosessbuss
61850-7-410 Vannkraftverk
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 5
IEC 61850 - Introduksjon
IEC61850 er ikke bare en protokoll, men en standard som skal gi best mulig kompabilitet og konkurranse i kraft- og transformatorstasjoner.
Standarden definerer
Vern og kontroll-funksjoner
Kommunikasjon mellom avganger
Feilskriverfiler i Comtrade
Tidssyknoisering via SNTP
Basert på Ethernet
TCP/IP standard kommunikasjon
Transformatorstasjon konfigurerings-språk
System konfigurering
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 6
IEC 61850 - Hierarki
Følgende hierarki er definert
Fysisk enhet (selve IED’en med TCP/IP adresse)
Logisk navn på apparat (T2, Linje Svartskogen, G1 etc)
Logical Node (funksjonen - PTOC)
Data objekt navn (Steg 1)
Attribute navn (Operate = trip)
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 7
IEC 61850 – Logiske Noder
Liste over logiske Noder
H Funksjoner knyttet til vannkraftverk
P Elektriske vern
X Brytere
Y Kraft-transformatorer
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 8
Prosjektering av anlegg med IEC61850
IED Capability
Description
(ICD) files
Substation
Configuration
Description
(SCD) fileIntegrated Engineering
Tool / Communication
Configuration Tool
System 800xA
AC 800M Controller
Application interface
OPC Server
Configuration
Control Structure
Functional Structure
IEC61850
Importer data til
kontroller
IED spesifikt
konfigurasjonsverktøy
Konfigurering av koblingsanlegg
IED konfig
•Enlinjeskjema
•Diagram for avganger
•Konfigurering av kommunikasjon
Vertikal/Horisontal
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 9
IEC 61850 - GOOSE
GOOSE = Generic Object Oriented Substation Events
Station
computer
Station
gateway
Protection
Process Interface Process Interface Process Interface
ControlProtectionControl Control &
Protection
GOOSE
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 10
IEC 61850 - GOOSE
IEC 61850 bruker standard Ethernet
IEC 61850 kan derfor dra fordeler av alle muligheter i et moderne 100 Mbit Ethernet nettverk
Normale
Telegrammer
GOOSE
Buffer for normale telegrammer
Forbikjøringsfil for IEC GOOSE
Ethernet-Switch
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 11
IEC 61850 – stasjonsbuss og prosessbuss
Strømmer og spenninger er målt og distribuert til
brukere over prosess-bussen
Høyhastighetsmåling
Opp til 80 målinger (samplinger) pr periode for vern
(dvs 4 kHz)
256 målinger pr periode strøm- og spenningskvalitet
Direkte måling i moderne CT’s / VT’s
Måling via måleenheter (Merging Units)
Merging Units konverterer analoge data til
IEC 61850-9-2
CTs/VTs
IEC 61850-9-2
Prosess-buss
Vern
IEC 61850-8-1 - stasjonsbuss
Merging
Unit (MU)
(Måleenhet)
Målte
verdier
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 12
IEC 61850 – Stasjonsbuss og tradisjonell tilkobling til måletransf
Router switch
Driftsentral
Engineering/
overvåkning
IEC 61850 stasjonsbuss
Bay
Controller
IED
A
IED
A
Switchgear CTs/VTs
Bay
Controller
IED
A
IED
A
Switchgear CTs/VTs
Lokalkontroll
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 13
IEC 61850 – Separat stasjonsbuss og prosessbuss
Bay
Controller
IED
A
IED
A
Moderne
Bryterfelt
Moderne
CTs/VTs
Bay
Controller
IED
A
IED
A
Moderne
Bryterfelt
Moderne
CTs/VTs
Ethernet
Switch
Ethernet
Switch
Router switch
Lokalkontroll
Engineering/
Overvåkning
IEC 61850-8-1 Stasjonsbuss
IEC 61850-9-2
Prosess buss
IEC 61850-9-2
Prosess buss
Driftsentral
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 14
IEC 61850 –stasjonsbuss og prosessbuss i samme LAN
Bay
Controller
IED
A
IED
A
Moderne
bryterfelt
Moderne
CTs/VTs
Bay
Controller
IED
A
IED
A
Moderne
bryterfelt
Moderne
CTs/VTs
Ethernet
Switch
Ethernet
Switch
Router switch
Lokalkontroll
Engineering/
Overvåkning
Felles stasjons- og and prosess-buss
Driftsentral
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 15
-
IEC 61850-8-1 Station Bus
Protocol
IEC 60870-5-101/104
Dispatch Centre
System 800xA
Colour-laserprinters
REG 670AC800
LCU 2
Generator 2
Panel 800
AC800
Panel 800
AC800
Panel 800
REG 670
LCU 1
Generator 1
LCU 3
Auxiliary systems
WS 1WS 2
AC800
RTU 2
Picunche Dam
AC800
RTU 3
Checras Dam
AC800
RTU 4
Huaura Dam
220 / 13,8 kV outdoor
switchyard 220 kV GIS13,8 kV distribution
indoor
Switch
Switch
Meinberg
LANTime M600-GPS
Telecommunication system
Control & ProtectionControl & ProtectionControl & Protection
Switch Switch Switch
Switch
Switch Switch Switch
Switch
Switch
Switch
Switch
Switch
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 16
220 kV Transf T1
GIS
REC670
220 kV Line Huacho
GIS
REC670, REL670, 7SA612
220 kV GIS
220 kV Transf T2
GIS
REC670
220 kV Busbar
GIS
REB670
See sh. 1 See sh. 1
220 kV Transf T1
GIS
REG670
220 kV Transf T2
GIS
REG670
Switch
220 kV GIS-anlegg
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 17
13,8 kV distribution
indoor
13,8 kV
Cable diff.prot.
RED615
13,8 kV AT1
REF615
13,8 kV AT2
REF615
13,8 kV Busbar
REF615
Switch
See sh. 1 See sh. 1
220 / 13,8 kV outdoor
switchyard
13,8 kV line
Picunche
REF615
13,8 kV line
Checras/Huaura
REF615
See sh. 1 See sh. 1
13,8 kV
Cable diff.prot.
RED615
Switch
13,8 kV ST4
REF615
13,8 kV ST1
REF615
13,8 kV ST2
REF615
13,8 kV ST3
REF615
220kV Line Huacho
Outdoor
REC670
13,8 kV koblingsanlegg-anlegg
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 18
Nye muligheter – kommunikasjon mellom anleggsenheter
Vern for aggregat og koblingsanlegg på samme plattform
I transformatorstasjonene har standarden vært i bruk
I kraftverk har ikke kontrollere hatt standarden implementert
Ulike ”bastard” løsninger har vært benyttet
Nå finnes muligheten til enkelt å utveksle (tidsatt) informasjon mellom anleggsenhetene
Stillingsinformasjon fra utendørs koblinganlegg
Remote trip
Fasingutrustning ute kan regulere aggregatet inne
Generell overføring av signaler
Ikke forveksles med løsninger vi hadde tidligere hvor signaler ble overført på kommunikasjonkanaler for relesamarbeid
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 19
Nye muligheter – prosessbuss
For fasing – synkronisering oppnås tilsvarende fordeler i og med at
spenningene blir tilgjenglig i alle anleggsdelene
Gir også betydelig besparelser i kabel- og montasjekostnader
Bay
Controller
IED
A
IED
A
Modern
Switchgear
Modern
CTs/VTs
Ethernet
SwitchIEC 61850-9-2
Process bus
Enda større fordeler når prosessbussen
(alle målinger tilgjenglig på ethernet) blir
tatt i bruk
1 km til daganlegget er sidestilt med 1 m
på ethernet
Problemet med metninger i diff.kretser
minimaliseres da alle måleverdiene ligger
på prosessbussen
Lange avstander mellom CT og vern har
medført at CT’ene måtte dimensjoneres med
stor ytelse – likevel metning i mange tilfeller
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 20
Nye muligheter – automatisk kobling av last og generering
Enklere bortkobling av last og generering
Særlig aktuelt i store industrianlegg med egen generering
Feil både i eksternt og eget nett kan gi fatale ringvirkninger
Realiseres med målinger i anlegget
Størrelser og retninger og logikk
=> automatisk kobling med GOOSE
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 21
Nye muligheter – kommunikasjon mot vern og feilskriver
Fjernkommunikasjon mot vern og feilskriver – en ny verden
Tidligere mange langsomme og upålitelige kommuniksjonsformer
Ulike former for telefonlinje og modem, også ethernet og TCP/IP
adaptere
IED’ene har egne TCP/IP adresser og når ethernetforbindelsen er
opprettet er kommunikasjonen klar med alle rettigheter
IEC 61850 beskriver hvordan feilskriverfiler skal håndteres
Som i tillegg muliggjør automatisk overføring av feilskriverdata
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 22
Nye muligheter – kommunikasjon mot vern og feilskriver
RTU560
REL 670Dist.vern
Ruggedcom
RSG2100 Switch
132kV linje Tjønndalen
IEC 61850
Protocol
IEC 60870-5-101
Integrert HMI
(Kan leveres som opsjon)
REL 670Dist.vern132kV linje Hopen
RET 670Diff.vern/overstr.vern132/24kV transf. 1
RET 670Diff.vern/overstr.vern132/24kV transf. 2
9 stk. REF 54124kV avganger/ssk.
REF 541Fellesanlegg
TCP/IP
WAN
LAN
Internet
Eller oppringt
via analog linje
(Tildeles TCP/IP-
adresse)
Med eller uten
seprat modem
Relearbeidsplass
Ruggedcom
Server / switch
IEC 61850
© ABB Group March 12, 2009 | Slide 23
Konklusjon
Omsider har vår bransje tatt steget inn i en åpen verden med de
mulighetene ethernet gir
I vannkraftverk bør det være mye å hente den dagen det foreligger
standardisert måleutrustning, givere, følere og kontrollere som kan
kobles på ethernet
Overføring av data over IEC61850 gir både teknisk og
økonomiske fordeler
Hører noen sier at ”vår prosess” er så enkel at det er helt
unødvendig å gjøre den vanskelig ved å innføre ny teknikk
Som et apropos, det er mindre en 20 år siden jeg fikk min første
jobb-PC – de første årene var det en skrivemaskin med rettetast