RT22 | „ Hardware “-Simulation für die Betriebsprüfung von Schutz- und Steuerungssystemen in Umspannwerken

Derzeit durchlaufen wir in nahezu allen Prozessen eines Stromverteilungsunternehmens einen umfassenden digitalen Wandel. CPFL (www.cpfl.com.br), eines der größten Unternehmen im Bereich der Energie Branche s in Brasilien, strebt die Digitalisierung aller seiner betrieblichen Prozesse an, um Vorteile wie Kostensenkungen sowie eine Steigerung der Qualität und Produktivität der Dienstleistungen zu erzielen. Im Einklang mit dieser Unternehmensstrategie sucht das Smart-Grids-Engineering-Management der CPFL-Gruppe in seinen Projekten nach digitalen Technologielösungen, die denselben Zweck verfolgen. Wir sind uns bewusst, dass die vollständige Digitalisierung eines Umspannwerks den Einsatz des Prozessbusses (IEC 61850-9-2) für das Schutz- und Steuerungssystem des Umspannwerks (SPCS) beinhaltet. Die Implementierung des Prozessbusses geht weit über den wirtschaftlichen Aspekt der Entfernung von Kupferkabeln aus den Kabelkanälen der Umspannwerke hinaus. Sie eröffnet neue Möglichkeiten, die eine Digitalisierung der Signale bieten kann, wie beispielsweise die Automatisierung von Betriebsprüfungen des SPCS. Bei vollständig digitalisierten Umspannwerken könnte das Testen aller Funktionen Wochen dauern – d. h., die Relais Tests t aufwendig und erfordert kluge Entscheidungen darüber, was getestet wird und wie die Tests durchgeführt werden sollen. Ziel dieses Beitrags ist es, den Einsatz echter Echtzeit-Digital-Simulatoren (RTS) vorzuschlagen, die in der Lage sind, GOOSE- und Sample-Values-Nachrichten auf dem Prozessbus zu veröffentlichen und zu abonnieren, um Betriebsprüfungen in SPCS durchzuführen. Mit anderen Worten: Die Idee besteht darin, alle Vorteile zu nutzen, die sich ergeben, wenn RTS für die Relais Tests im Feld und nicht nur in einer Laborumgebung eingesetzt werden. Hintergrund: Derzeit werden Werksabnahmeprüfungen (FAT) unter Verwendung analoger Signaleinspeisegeräte (Sekundärstrom und -spannung) feldweise durchgeführt. Dies ist ein sehr langsamer und mühsamer Prozess, da dabei mehrere Kupferkabel in den Schaltanlagen – noch im Werk – angeschlossen und getrennt werden müssen. Es ist zudem anzumerken, dass es aufgrund der Feld-für-Feld-Prüfung oft nicht möglich ist, das dynamische Verhalten der anderen Felder im Falle einer tatsächlichen Störung zu bewerten, da deren Komponenten und Verbindungen nicht modelliert sind. Anforderungen: Um diese Tests über den Prozessbus durchzuführen, ist ein tragbares und robustes RTS erforderlich, das sich leicht transportieren lässt, um Tests in den Fabriken, in denen die SPCS-Schalttafeln montiert werden, sowie in den Umspannwerken, in denen Inbetriebnahme, Wartung und Fehlerbehebung erfolgen, durchzuführen. Der Simulator muss zudem über PTP (Precision Time Protocol) oder ein ähnliches Protokoll per GPS synchronisiert werden können sowie GOOSE- und SV-Meldungen veröffentlichen und abonnieren können. Die Fähigkeit zur Modellierung von Schaltanlagen erleichtert die Durchführung von Betriebsprüfungen sowie den Import von SCD-Dateien gemäß der Norm IEC 61850, die sich aus der SPCS-Konfiguration ergeben. Erwartete Ergebnisse: Die Implementierung des Prozessbusses im SPCS ermöglicht den Einsatz digitaler Werkzeuge zur Einspeisung von Strom-, Spannungs- und Binärsignalen aus allen Feldern des Umspannwerks, die auf demselben Bus verfügbar sind, ohne dass Kupferkabel und Leistungsverstärker angeschlossen werden müssen. Diese Funktion ermöglicht die automatische Generierung sequenzieller und standardisierter Betriebsprüfungen mit dem Ziel, deren Qualität (Genauigkeit und Wiederholbarkeit) zu steigern und die Durchführung im Vergleich zur derzeit bei analogen Geräten verwendeten Technik zu beschleunigen. Darüber hinaus wird es möglich sein, bisher nicht durchführbare Prüfungen durchzuführen, wie beispielsweise die Überprüfung des dynamischen Verhaltens (stationäre und transiente Phänomene) des gesamten Umspannwerks anhand von Spannungs-, Frequenz- und Stromwerten, und zwar dank der Modellierung aller elektrischen Äquivalente, aus denen das Umspannwerk und das Stromnetz bestehen.