Schakelaarbedienings-IED-toepassing in hogespanningsonderstations
Samenvatting van de bediening van hoogspanningsklemmen met intelligente elektronische apparaten (IED)
Inleiding
Intelligente elektronische apparaten (IEDs) hebben de bediening en automatisering van hoogspannings- (HV) klemmen in transformatorhuisjes geheel veranderd. Door geavanceerde digitale technologie te integreren, maken IEDs real-time monitoring, beheer en bediening mogelijk vanaf een centraal afstandsbedieningspunt, waardoor de efficiëntie, betrouwbaarheid en veiligheid van energie-installaties wordt verbeterd.
Installatie en integratie
Een klemmenbedienings-IED kan worden geïnstalleerd binnen het klemmenkastje in het schakelstation of in de relais-/bedieningsruimte. Het is belangrijk op te merken dat functies zoals Klemuitval (BF), Automatisch Herladen (AR) en Circuitsupervisie (CS) meestal niet zijn geïntegreerd in het Klemmenbedienings-IED, maar kunnen worden afgehandeld door aparte beschermrelais of andere apparaten.
Signaalconsolidatie
Bij sommige toepassingen in transformatorhuisjes, in plaats van individuele trip/sluitdraden voor elk beschermings- of bedienings-IED dat verbonden is met dezelfde klem, kan een enkel klemmenbedienings-IED alle trip- of sluitsignalen van meerdere IEDs consolideren. Deze benadering vereenvoudigt de bedrading en vermindert het aantal verbindingen, waardoor het systeem efficiënter en eenvoudiger te onderhouden is.
Monitoring en bijfuncties
Het klemmenbedienings-IED monitort continu de status van de klem, inclusief:
Positiestatus: Open, gesloten of tussenposities.
Drukpeilingen: Hydraulische, pneumatische of gasedruk, die cruciaal zijn voor correcte werking.
Hulpcontacten: Gebruikt om statusinformatie te verstrekken aan gerelateerde IEDs
Daarnaast biedt het IED verschillende bijfuncties:
Anti-pompenfunctie: Voorkomt dat de klem heropend wordt tot de oorzaak van het probleem is verholpen. Als er een anti-pompfunctie bestaat in de klem zelf, moet de anti-pompfunctie van het IED uitgeschakeld worden om conflicten te voorkomen.
Klemboeksupervisie: Monitort de gezondheid van de trip- en sluitboeken om ervoor te zorgen dat ze correct functioneren.
Druktoezicht: Waarschuwt operatoren voor lage drukcondities en blokkeert trippen/sluitencommando's als de druk onvoldoende is.
Hoofdfuncties van een klemmenbedienings-IED
Verzameling van primaire schakelaarstatusinformatie: Het IED verzamelt gegevens over de positie en status van de klem.
Uitvoering van trip/sluitcommando's: Het IED kan trip- of sluitcommando's lokaal of op afstand via SCADA, Bay Control Units of beschermings-IEDs uitvoeren.
Fasegescheiden trippen en sluiten: Het IED kan individuele fasen (A, B, C) onafhankelijk trippen of sluiten of driefase-operaties uitvoeren. Het bevat echter geen geïntegreerde logica voor polenverschil.
Anti-pompenfunctie: Voorkomt dat de klem herhaaldelijk wordt gesloten tijdens een storing.
Klemboeksupervisie: Zorgt voor de integriteit van de trip- en sluitboeken.
Druktoezicht: Monitort drukpeilingen om veilige werking te waarborgen en onveilige acties te voorkomen.
Signaalinteractie in klemmen-IED
Wanneer er een storing in het energie-systeem optreedt:
Beschermings-IEDs detecteren de storing en geven een tripcommando aan het Klemmenbedienings-IED.Het Klemmenbedienings-IED trekt vervolgens de overeenkomstige klem met behulp van hardwired signalen (fase A, B, C of driefasetrippen).Na het trippen verkrijgt het IED de nieuwe status van de klem (bijvoorbeeld open of gesloten) en geeft deze informatie via hardwired signalen door aan relevante IEDs.Aanvullende statusinformatie, zoals lage druk, wordt ook gemeten en gerapporteerd.Het trip-signaal van beschermings-IEDs wordt ook gebruikt om de Auto Herladen (AR)-functie te initiëren, die probeert de stroom na een storing te herstellen. Het AR-sluitcommando wordt via hardwired signalen naar het Klemmenbedienings-IED gestuurd. Op vergelijkbare wijze kan het trip-signaal de Klemuitval (BF)-functie initiëren, en re-trip signalen worden ook hardwired naar het IED gestuurd.Afstandsbedieningscommando's (openen/sluiten) van RTU/SCADA, lokale substationautomatiseringssystemen of Bay Control Units worden ook hardwired naar het klemmenbedienings-IED gestuurd.
Communicatie met IEC 61850 en GOOSE
In moderne transformatorhuisjes kan het Klemmenbedienings-IED communiceren met behulp van het IEC 61850-protocol, specifiek via GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event)-berichten. Dit maakt naadloze integratie mogelijk met andere slimme apparaten in het transformatorhuis, waardoor de noodzaak aan hardwired verbindingen wordt verminderd en de flexibiliteit en betrouwbaarheid van het systeem wordt verbeterd.
Figuur 1 illustreert een typische toepassing van een klemmenbedienings-IED met GOOSE-communicatie. In de praktijk worden vaak redundante netwerken (Netwerk A en Netwerk B) geïmplementeerd om hogere betrouwbaarheid te garanderen.
Rol in substationautomatisering
Het Klemmenbedienings-IED fungeert als een digitale interface tussen secundaire apparaten (zoals beschermings-IEDs, SCADA-systemen en Bay Control Units) en de hoogspanningsprimaire apparatuur (klemmen). Het faciliteert de overgang van traditionele analoge systemen naar volledig gedigitaliseerde transformatorhuisjes, waardoor geavanceerde functies zoals real-time monitoring, geautomatiseerde bediening en verbeterde storingbehandeling mogelijk worden.
Andere hoofdfuncties van klemmenbedienings-IED:
In figuur 2 worden de functies en signaalinteracties van het klemmenbedienings-IED weergegeven:
Comprehensive Overview of High Voltage Circuit Breaker Control with Intelligent Electronic Devices (IED)
Inleiding
Intelligente elektronische apparaten (IEDs) spelen een cruciale rol in moderne transformatorhuisjes door geavanceerde controle en monitoring van hoogspannings- (HV) klemmen mogelijk te maken. De Klemmencontroller is een gespecialiseerd IED dat informatie verzamelt van klemmen en bevelen naar hen stuurt, waardoor real-time beheer en automatisering mogelijk wordt. Dit apparaat communiceert met traditionele analoogsignaal gebaseerde klemmen via hardwired ingang/uitgang contacten, en converteert elektrische signalen in digitale gegevens voor communicatie via het IEC 61850-protocol en GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event)-berichten.
Belangrijkste functies van de Klemmencontroller
Informatie verzamelen van klemmen
Positiestatus: Open, gesloten of tussenposities.
Controledrukstatus: Hydraulische, pneumatische of gasdrukpeilingen.
Hulpcontacten: Aanvullende statussignalen zoals lage druk, storingen, etc.
Hardwired ingangen: De Klemmencontroller gebruikt hardwired ingangcontacten om diverse statusinformatie van de klemmen te verzamelen, inclusief:
Analoog-naar-digitaal conversie: De controller converteert deze analoogsignalen in digitaal formaat, waardoor de gegevens compatibel zijn met moderne communicatieprotocollen.
Bevelen naar klemmen sturen
Hardwired uitgangen: De Klemmencontroller gebruikt hardwired uitgangcontacten om trip- of sluitcommando's naar de klemmen te sturen. Deze commando's worden uitgevoerd op basis van instructies ontvangen van beschermapparaten, SCADA-systemen of bay control units.
Fasegescheiden circuits: De controller biedt meestal fasegescheiden trippen en sluitcircuits, waardoor onafhankelijke bediening van individuele fasen (A, B, C) of driefase-operaties mogelijk is. Voor een driefaseklem levert het doorgaans één sluitboek en twee tripboeken.
Communicatie via GOOSE-berichten
Publicatie van informatie naar baan-niveau-apparaten: Na het verzamelen van elektrische informatie van de klemmen, converteert de Klemmencontroller deze gegevens in digitale signalen en publiceert deze naar baan-niveau-IEDs via de procesbus met behulp van GOOSE-berichten. Dit stelt andere apparaten in het transformatorhuis in staat om real-time statusupdates te ontvangen.
Ontvangst van GOOSE-berichten van baan-niveau-apparaten: Wanneer er een storing in het energie-systeem optreedt of een afstandsbedieningscommando wordt uitgegeven, publiceren de gerelateerde beschermapparaten of baancontroleunits overeenkomstige GOOSE-berichten (bijvoorbeeld trip-commando, sluit-commando). De Klemmencontroller, die als abonnee fungeert, ontvangt deze berichten en neemt de juiste acties, zoals het trippen of sluiten van de klem via zijn hardwired uitgangcontacten.
Herhaalde trippreventie (anti-pompfunctie)
Voorkomen van herhaalde trippen: Als een klem handmatig of automatisch wordt gesloten op een permanente storing en het sluitsignaal blijft bestaan, kan de klem meerdere malen proberen te sluiten na elke trip. Om dit te voorkomen, bevat de Klemmencontroller een anti-pompfunctie die ervoor zorgt dat de klem slechts één keer trips en verdere sluiting voorkomt totdat de sluitcircuit door de operator wordt gedehenergieerd.
Configuratie-overweging: Als de klem zelf een anti-pomp circuit heeft, moet de anti-pompfunctie in de Klemmencontroller worden uitgeschakeld om conflicten te voorkomen.
Klemboeksupervisie
Sluitboeksupervisie: De Klemmencontroller kan de status van het sluitboek bewaken met behulp van hulprelais. Dit wordt bereikt door de terminal te verbinden met de negatieve pool van de voeding in serie met het normaal gesloten hulpcontact (52b) van de klem. Als de terminal ook is verbonden met het sluitboek (CC), kunnen de hulprelais supervisie van de gezondheid van het sluitboek leveren.
Tripboeksupervisie: Op vergelijkbare wijze kan de controller de status van het tripboek bewaken met behulp van hulprelais. Dit wordt gedaan door de terminal te verbinden met de negatieve pool van de voeding in serie met het normaal openstaande hulpcontact (52a) van de klem. Als de terminal ook is verbonden met het tripboek (TC), kunnen de hulprelais de conditie van het tripboek monitoren.
Druktoezicht en blokkering
Cruciaal druktoezicht: De druk in klemmen is essentieel voor hun correcte werking. Abnormale drukpeilingen kunnen leiden tot fouten, vermindering van de levensduur of zelfs schade aan de klemmen. Daarom monitort de Klemmencontroller alle soorten druksignalen (bijvoorbeeld hydraulisch, pneumatisch, gas) in de gerelateerde klemmen.
Drukblockfuncties: Wanneer een trip- of sluitcommando wordt ontvangen, implementeert de controller drukblockfuncties om onveilige operaties te voorkomen. Als de druk onder een veilige drempelwaarde ligt, zal de controller de uitvoering van het commando blokkeren om de klem te beschermen. Deze blockfuncties zorgen ervoor dat de klem alleen onder veilige omstandigheden werkt.
Fasegescheiden trippen en sluitcircuits
De Klemmencontroller biedt meestal fasegescheiden trippen en sluitcircuits, waardoor onafhankelijke bediening van elke fase mogelijk is. Voor een driefaseklem bevat de controller meestal:
Één sluitboek: Gebruikt om alle drie fasen gelijktijdig te sluiten.
Twee tripboeken: Een voor enkelvoudige fasetrip en een voor driefasetrip. Dit ontwerp stelt flexibele en nauwkeurige bediening van de klem mogelijk, afhankelijk van de specifieke eisen van het energie-systeem.
Conclusie
De Klemmencontroller is een cruciaal component in moderne transformatorhuisjes, die de kloof vult tussen traditionele analoge klemmen en digitale communicatiesystemen. Door geavanceerde functies zoals GOOSE-berichtcommunicatie, anti-pompfunctie en boeksupervisie te integreren, verhoogt de controller de betrouwbaarheid, veiligheid en efficiëntie van hoogspanningsklemoperaties. Zijn vermogen om real-time gegevens te verzamelen en bevelen uit te voeren zorgt ervoor dat transformatorhuisjes soepel kunnen functioneren, zelfs in complexe en dynamische energie-omgevingen.
