1

Igor Bujan, dipl.ing. Davor Micek, ing. HEP-ODS d.o.o. Elektra Bjelovar KONČAR – Inženjering za energetiku i transport d.d. igor.bujan@hep.hr davor.micek@koncar-ket.hr Mario Stančin, dipl.ing. Darko Majerić, ing. HEP-ODS d.o.o. Elektra Bjelovar KONČAR – Inženjering za energetiku i transport d.d. mario.stancin@hep.hr darko.majeric@koncar-ket.hr UPOTREBA DIGITALNIH RADIO MODEMA U POVEZIVANJU TRAFOSTANICA X/10

kV KAO ZAMJENA ZA POSTOJEĆE ANALOGNE RADIO VEZE

SAŽETAK

Ovaj rad opisuje proces prelaska s analogne na digitalnu radio vezu u trafostanicama x/10 kV Elektre Bjelovar, prilagodbu komunikacijskog podsustava te promjene u načinu uvođenja trafostanice u SDV. Također, dane su i naglašene prednosti i značajke nove vrste komunikacije u usporedbi s analognom radio vezom kao i usporedba s ostalim vrstama komunikacije.

Ključne riječi: analogna, digitalna, SDV, komunikacija

DIGITAL RADIO MODEM USAGE IN CONNECTING X/10 kV POWER STATIONS AS A SUBSTITUTE FOR EXISTING ANALOG RADIO LINK

SUMMARY This paper describes analog to digital transition process in x/10 kV power stations radio

communication in Elektra Bjelovar, adjustment of communication subsystem and modifications to remote control system implementation. Also, advantages and features of new communication type are given in comparison to analog radio link as well as to other types of communications.

Key words: analog, digital, remote control system, communication

1. UVOD

Od same izgradnje dispečerskog centra Elektre Bjelovar krajem 2001. godine te puštanja u probni rad u lipnju 2002. godine komunikacija s nadziranim trafostanicama X/10(20) kV bazirala se isključivo na analognoj radio vezi na VHF i UHF području. Budući je tada to bio jedini mogući način vlastite komunikacijske infrastrukture, ako izuzmemo stare i nepouzdane signalne kabele, logika je bila povezati sve trafostanice x/10 kV u dispečerski centar Elektre Bjelovar, a zatim i Centar upravljanja Križevci koristeći analogni radio sustav. Budući Elektra Bjelovar ima 13 trafostanica 35/10(20) kV te po jednu 110/10(20) kV odnosno 110/35/10 kV, a koje su sukcesivno uvađane u sustav daljinskog vođenja, sam radio sustav pokazao se kao sustav nedostatnih kapaciteta u smislu količine prijenosa i brzine odziva s obzirom na slijedni način prozivanja (pooling) i konačno vrijeme odziva svake stanice. To se naročito osjetilo u uvjetima intenzivnih događanja u distribucijskoj mreži tijekom nevremena i raznih

11. savjetovanje HRO CIGRÉ Cavtat, 10. – 13. studenoga 2013.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ

D2-01

2

atmosferskih neprilika kada ima puno podataka koji stižu u dispečerski centar, a ključni su dispečeru za pravilno odlučivanje i vođenje sustava.

Intenzivnijom izgradnjom optičke infrastrukture od 2006. godine ostvarili su se uvjeti za prebacivanje dijela trafostanica, a kroz koje je prošla optika, na novi komunikacijski podsustav velikog kapaciteta prijenosa i brzine podataka. U slijedećih nekoliko godina s analogne radio veze na optiku prešlo je ukupno 8 trafostanica dok je jedna, zbog izrazito lošeg geografskog položaja, prešla na metro-ethernet komunikaciju. Preostalih 6 trafostanica ostalo je na analognoj radio vezi bez mogućnosti kvalitetnije alternative jer se tu uglavnom radi o trafostanicama na manje važnim pravcima gdje se ne očekuje skora gradnja optičke infrastrukture zbog visokih troškova izgradnje.

Razvojem telekomunikacijskog tržišta došlo je do značajnog pojeftinjenja usluga povezivanja dviju točaka putem komercijalne podatkovne veze te napretka u tehnologiji i brzini povezivanja istih. Tako se za trafostanice s izrazito slabom, sporom i nepouzdanom radio vezom zbog specifičnog geografskog položaja nameće kao alternativa Metro-ethernet veza značajno veće brzine i pouzdanosti, a prihvatljivih troškova, no međutim održavanje i otklanjanje kvarova na komunikacijskom putu nije u nadležnosti Elektre pa se zbog toga nema pod kontrolom vrijeme otklanjanja kvara. Ovakva veza nije u vlasništvu HEP-ODS-a i kao takva ne može pružiti zahtijevanu pouzdanost i sigurnost komunikacije kakva se zahtjeva u modernim sustavima vođenja elektroenergetskih objekata više naponske razine te se zato i dalje teži za boljim i pouzdanijim rješenjima.

Razvoj digitalne radio tehnologije i smanjenje cijena opreme dao je prihvatljivu alternativu u vidu digitalnih radio modema, kao na primjer tvrtke Racom, čije su glavne značajke brzina do 83 kbps (uz mogućnost korištenja različitih brzina (modulacija) u istoj mreži, tj. ukoliko je zbog geografske konfiguracije terena potrebno mijenjati brzinu/snagu ona se može izmijeniti samo na kritičnoj trasi, a na ostalima se i dalje može koristiti maksimalna brzina), snaga do 10 W, mogućnost korištenja različitih SCADA protokola na istom radio kanalu (npr. IEC 101 i 104), router mode, backup route i tako dalje. Za implementaciju digitalnog radio sustava nije potrebno ništa mijenjati na postojećem komunikacijskom sustavu izuzev radio uređaja pa je isplativost investicije time i veća.

Slika 1. Digitalni radio modem RipEX 2. POSTOJEĆI KOMUNIKACIJSKI PODSUSTAV ELEKTRE BJELOVAR

U početku su na SDV Elektre Bjelovar sve trafostanice X/10 kV bile povezane analognom radio vezom na 0,7m valne duljine. Komunikacijski podsustav analogne radio veze činila je Simoco PRF1050 radio stanica i Sigma WSA450 kolinearna antena na antenskom stupu na upravnoj zgradi. U trafostanicama je komunikacijsku opremu uglavnom činila Simoco PRF1050 ili Tait T855/856 radio stanica te usmjerene 3-elementne (AN3U) ili 12-elementne (AN12U) yagi antene i naravno odgovarajući FFSK radio modem za povezivanje KKU računala na SDV IEC 60870-5-101 protokolom.

Nakon prebacivanja dijela trafostanica na optiku preostale 3 trafostanice (TS 35/10 kV Bulinac, TS 35/10 kV Veliki Grđevac i TS 35/10 kV Ivanska) ostale su na analognoj radio vezi. Kako bi se i njih

3

pokušalo uključiti u sustav daljinskog vođenja Elektre Bjelovar naprednijim tipom veze koji bi uključivao i mogućnost prelaska na IEC 60870-5-104 protokol te značajnije povećanje brzine i odziva u odnosu na postojeće počelo se razmišljati o ugradnji digitalnih radio modema na 0,7m, a čija bi implementacija u postojeći komunikacijski podsustav obuhvaćala samo minimalne preinake na postojećem sustavu što bi na kraju rezultiralo minimalnim ulaganjem uz maksimalnu dobit.

Slika 2. Komunikacijski podsustav Elektre Bjelovar u sjedištu

3. PROCES MIGRACIJE S ANALOGNE RADIO VEZE NA RIPEX Prelazak s analogne radio veze na digitalnu odvijao se u dvije faze. U prvoj fazi napravljena su

probna snimanja razine signala i kvalitete veze koristeći postojeći antenski sustav te dva testna RipEX uređaja. Jedan uređaj stavljen je u centar na postojeću kolinearnu antenu dok je drugi stavljan u svaku od 3 trafostanice X/10 kV također na postojeću antenu. Dobivene razine signala uz korištenje izlazne snage i u centru i u stanici od 2 W bile su zadovoljavajuće kao i kvaliteta i stabilnost veze te se na temelju tih podataka zaključilo kako se može provesti migracija sustava na RipEX-e u sve tri stanice.

Druga faza obuhvaćala je probnu montažu uređaja pored postojećih analognih radio stanica te povezivanje na SCADA-u u centru vođenja odnosno KKU u stanici. Ideja je bila da se ne rade nikakve izmjene na postojećim kabelima kako bi se u slučaju loše ili neupotrebljive veze sve jednostavno moglo vratiti nazad na stari analogni sustav. Uređaji su montirani tik pored ili na postojeću radio stanicu kako bi se mogao povezati čim kraćim patch kabelom na postojeći antenski kabel, a za vezu između KKU-a i RipEX-a povučeni su novi serijski kabeli zbog različitih konektora i jednostavnosti montaže. Za napajanje je iskorištena blizina ormara istosmjernog razvoda i slobodni 12V istosmjerni izlazi.

Nakon prebacivanja centra direktno na RipEX i puštanja u prozivanje dodavala se jedna po jedna stanica u sustav. Sve stanice odmah su bez problema prokomunicirale s centrom koristeći IEC 101 protokol kao i do sada bez korištenja postojeće radio stanice i FFSK radio modema već direktnim korištenjem digitalnih radio modema RipEX što je također jedna od prednosti ove komunikacije. Razine signala i kvaliteta veze je bila zadovoljavajuća i u okviru očekivanog čak i sa 2 W izlazne snage i u centru i u stanicama te se odlučilo da se neće podizati snaga dok se na dulji vremenski period ne vidi stabilnost veze. Važno je za napomenuti kako se u cijelom ovom procesu nije morala napraviti nikakva promjena u SCADA sustavu.

4

Slika 3. Privremena ugradnja RipEX-a u TS 35/10 kV Veliki Grđevac 4. ANALIZA STABILNOSTI VEZE I USPOREDBA Prva stvar nakon prelaska na digitalnu radio vezu bila je pratiti stabilnost iste i ponašanje u relanim uvjetima (kiša, lišće, magla, ...). U periodu od puštanja veze u pogon (24.4.2013.) do trenutka pisanja ovog referata što je nešto manje od dva mjeseca zabilježen je slijedeći broj pada komunikacije i uspoređen s brojem pada komunikacije prema istim stanicama u prethodnom razdoblju.

Tablica I. Broj „pada“ komunikacije prema stanicama s radio vezom

Stanica 1.1.-24.4. 24.4.-10.6.

TS 35/10 kV Bulinac 13 2 TS 35/10 kV Veliki Grđevac 12 8 TS 35/10 kV Ivanska 185 6

Iz priloženih podataka vidi se trend smanjenja broja pada komunikacije prema stanicama. Trenutno modemi rade u bridge modu što možemo nazvati ispitnom fazom, a sljedeća faza je prelazak u router mod što će prema iskustvu još dodatno poboljšati vezu, tj. smanjiti broj ispada. Za daljnja poboljšanja biti će potrebno napraviti još dodatna testiranja upotrebe različitih modulacija i načina rada što se očekuje u narednom periodu. Pregledom statistika komunikacije koju pruža korisničko sučelje RipEX uređaja može se također vidjeti kako je sama veza izuzetno stabilna i bez grešaka u komunikaciji.

5

Slika 4. Korisničko sučelje RipEX-a - statistika 5. DALJNJI KORACI Nakon uspješne implementacije digitalnih radio modema u postojeći komunikacijski podsustav SDV-a Elektre Bjelovar u sjedištu preostaje pratiti ponašanje istog u realnim uvjetima te isprobati nekoliko različitih principa rada kako bi se utvrdilo koji je najbolji za postojeću konfiguraciju SDV-a. Odmah nakon probnog rada digitalnog radio sustava u bridge modu slijedi prebacivanje u router mod te uključivanje modema u procesnu LAN mrežu Elektre Bjelovar. Jako korisna funkcija ovakovih uređaja je mogućnost korisničkog pristupa web sučelju uređaja direktno iz LAN mreže upotrebom samo internet preglednika bez potrebe instaliranja bilo kakvog software-a. Iz sučelja uređaja moguće je, naravno uz poznavanje lozinke, podešavanje svih opcija uređaja kao i pregled statistika, grafova i logova iz kojih se na jednostavan način može vidjeti u kojem je stanju radio veza prema nekoj trafostanici, koliko ima pogrešaka u prijenosu podataka, kakav je signal i ostalo. Iz uređaja u centru moguće je pristupiti i udaljenom uređaju ugrađenom u trafostanicu i na jednaki način koristiti korisničko sučelje tog uređaja kao i uređaja u centru. Povezivanjem uređaja na procesni sustav Elektre Bjelovar ostvarit će se uvjeti za povezivanjem trafostanica na SDV mrežnim protokolom IEC 60870-5-104. Plan je da se u RFDAS-KKU uređaju u TS 35/10 kV Ivanska paralelno postojećoj IEC 101 komunikaciji pusti u pogon i IEC 104 komunikacija te će

6

se njom povezati na novi PROZA-NET centar paralelno postojećoj komunikaciji sa PROZA R/F sustavom po IEC 101. Sukladno dobivenim rezultatima provest će se i postupan prijelaz preostale tri trafostanice sa IEC 101 na IEC 104 protokol uz istovremenu zamjenu postojećih KKU-a s DSCU karticama modernijim i manjim KKU-IEC uređajima. S obzirom da digitalni radio modemi u sebi imaju ugrađenu TCP/IP komunikaciju preko njih će biti moguće pristupiti telnetom direktno do KKU-IEC-a što je još jedan iskorak u odnosu na stari analogni radio sustav. Prelaskom preostale 3 trafostanice sa IEC 101 na IEC104 protokol i zamjenom postojećih KKU računala sa KKU-IEC uređajima zaokružit će se proces prelaska komunikacije sa svim objektima x/10 kV na mrežnu komunikaciju. 5. PERSPEKTIVA

Komunikacijski podsustav Elektre Bjelovar u Pogonu Križevce slične je topologije kao i u sjedištu. Na centar su direktno optikom povezane 3 trafostanice dok su preostale 3 povezane analognom radio vezom. S obzirom da su iskustva iz Bjelovara pokazala da je prelazak na digitalni radio sustav isplativa investicija u 2014. godini predviđa se prebacivanje i tih trafostanica na RipEX-e. Tijekom 2013.g. pokušat će se odraditi terenska ispitivanja digitalne radio veze s testnim uređajima kako bi se znali ulazni parametri za specifikaciju opreme, a u 2014.g. sam prijelaz na digitalne radio modeme. Dvije od tri trafostanice u Pogonu Križevci već imaju KKU-IEC uređaje što znači da će i očekivani prelazak na IEC 104 komunikacijski protokol proći bezbolno. Prelazak tri trafostanice u Pogonu Križevci na IEC 104 protokol značio bi zaokruživanje cjeline prelaska svih objekata x/10 kV u Elektri Bjelovar na mrežnu komunikaciju odnosno direktnu komunikaciju trafostanice s nadležnim SCADA sustavom u Elektri Bjelovar.

Slika 5. Komunikacijski podsustav Elektre Bjelovar u Pogonu Križevci

S obzirom da su se digitalni radio modemi pokazali kao značajan napredak u kvaliteti i brzini komunikacije s trafostanicama izvan dosega optičke okosnice, a pogotovo ako veći udio uređaja u HEP-ODS-u doprinese smanjenju cijene istih, isti se nameću kao standardno rješenje za one lokacije do kojih je neopravdana značajnija investicija u optičku infrastrukturu, a koje po svojem značaju zaslužuju stabilnu i brzu komunikaciju. To su svakako mjesta sve prisutnijih obnovljivih izvora energije kao bioplinske i sunčane elektrane veće snage s obzirom da vođenje i nadzor takvih proizvodnih objekata pred sustav i dispečere u distribuciji postavlja nove izazove.

7

U posljednje vrijeme, a svakako i u bližoj budućnosti, značajna sredstva ulagat će se i u automatizaciju srednjenaponske mreže po dubini kao važnu komponentu pouzdane i sigurne opskrbe električnom energijom što ju nameće sve veće otvaranje tržišta električnom energijom te preuzimanje pozitivnih propisa europske regulative. U svijetlu toga komunikacija s daljinski upravljanim objektima u srednjenaponskoj mreži (DURN, TS x/0,4 kV, distribuirana proizvodnja) postaje sve važnija pa se jedno ovakvo rješenje s karakteristikom brzog odziva, veće brzine prijenosa podataka te nizom ostalih značajki nameće kao standardno rješenje za sve one objekte izvan mogućnosti financijski prihvatljivog povezivanja na optičku infrastrukturu. 6. ZAKLJUČAK Razvoj digitalnog prijenosa podataka radio vezom u postojećem frekvencijskom pojasu na 0,7m za kojeg sve Elektre posjeduju dozvole pri nadležnom regulatornom tijelu sigurno je korak naprijed prema sigurnijoj i bržoj komunikaciji sa značajnijim objektima u srednjenaponskoj mreži distribucijskih područja. Pad cijene digitalnih radio uređaja znatno je doprinio većem broju instaliranih jedinica, a sa sve većim brojem uređaja moći će se napraviti i bolje komparativne analize i statistike nove tehnologije.

Sigurno je da u narednom razdoblju vođenje srednjenaponskom mrežom postaje sve značajnije pa s time i komunikacija prema vođenim objektima kao važna karika u sustavu daljinskog vođenja postaje sve važnija. U doba optimizacije troškova i dobivanja maksimalne koristi od uloženih sredstava implementacija digitalnih radio sustava u postojeće komunikacijske podsustave te korištenje postojeće komunikacijske infrastrukture nameće se kao alternativa s jedne strane zastarjeloj analognoj vezi nedostatne brzine i kapaciteta, a s druge strane značajnoj skupljoj optičkoj vezi. 7. LITERATURA [1] Zadravec, Vesna, "Priručnik za korištenje komunikacijskog koncentratora S/COM ili KKU/IEC“,

Končar-KET, veljača, 2008. [2] Mladen Perkov, Damir Jurasović, Ana Kekelj, Suzana Javornik-Vočina, "Idejno rješenje procesnog

LAN-a u transformatorskim stanicama", 9. savjetovanje HRO-CIGRE, Cavtat, 8. – 12. studenoga 2009.

[3] Davor Micek, Darko Majerić, Darijo Runjić, "Automatizacija distribucije električne energije – jučer, danas, sutra", 1. savjetovanje HO-CIRED, Šibenik, 18. – 21. svibnja 2008.

[4] Igor Bujan, Miro Totgergeli, Robert Novak, "Prednosti zamjene radio veza ethernet komunikacijom u povezivanju trafostanica x/10(20) kV Na dispečerski centar Elektre Bjelovar", Zadar, 8.-10. Studenoga 2010.