Mikronika SA: wdrożenia Systemu FDIR

Od ponad 20 lat firma Mikronika jest liderem w konstruowaniu, produkcji i wdrażaniu systemów zdalnego nadzoru w oparciu o własne rozwiązania sprzętowo-programowe. W ostatnich latach duży postęp nastąpił zwłaszcza w obszarze automatyzacji w głębi sieci średniego napięcia SN. Postęp techniczny, ale również wymagania prawne nakładane na krajowych dystrybutorów energii elektrycznej wymuszają stałe unowocześnianie naszych wyrobów. Ustawa Prawo Energetyczne wymaga od dystrybutorów energii spełnienia wymogów dotyczących jakości zaopatrywania odbiorców w energię elektrycznej. Jednym z kryterium tej jakości jest niezawodność dostarczania energii rozumiana jako zdolność do pokrywania zapotrzebowania na energię w każdych dających się przewidzieć warunkach szczytowych, oraz minimalizowanie ilości i czasu trwania zakłóceń, czyli przerw w dostawie energii.

Ciągłość dostawy energii jest oceniania przez standaryzowane wskaźniki. W Polsce operatorzy systemów energetycznych są zobowiązani do obliczania i podawania do publicznej wiadomości wskaźników SAIDI, SAIFI i MAIFI.

Wymagane zapewnienie niskiego poziomu tych wskaźników zwłaszcza wskaźnika SAIDI jest możliwe dzięki szybkiej lokalizacji przyczyny awarii (najczęściej zwarcia lub doziemienia na linii energetycznej) oraz wyizolowania uszkodzonego obszaru i powtórne zasilenie nieuszkodzonych fragmentów sieci. Może to zrobić dobrze wyszkolony i znający sieć dyspozytor, albo szybciej, automatyczny system informatyczny. Firma Mikronika ma w swojej ofercie przeznaczony do tego celu programowy moduł FDIR (ang. Fault Detection, Isolation and Restoration) zintegrowany z systemem SCADA SYNDIS-RV. System FDIR jest przeznaczony do szybkiego i precyzyjnego wyznaczania obszaru zwarcia, potem wyliczenia i wykonania odpowiedniej sekwencji sterowniczej pozwalającej w jak najkrótszym czasie (najlepiej poniżej 3 minut) zasilić jak największą liczbę odbiorców energii elektrycznej.

W trakcie pracy FDIR korzysta na bieżąco z informacji o stanie sieci zapisywanej on-line w bazie systemu SYNDIS. Dlatego tak ważny jest niezawodnie działający system łączności z obiektami w terenie. Do analizy są również brane rozmieszczenia brygad, uziemienia, uszkodzenia oraz blokady sterownicze. Pozwala to na zablokowanie zasilenia uziemionych, lub uszkodzonych odcinków linii, ale tez miejsc, w których pracują brygady. Ma to olbrzymie znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa pracujących ludzi, ale też zapobiega powstawaniu dodatkowych uszkodzeń w wyniku podania zasilania na odcinki uszkodzone, lub uziemione.

Ścisłe powiązanie z systemem SCADA SYNDIS-RV pozwala na testowe krokowe symulacje wyliczonych sekwencji sterowniczych łącznie z kolorowaniem schematu w trakcie zasilania kolejnych fragmentów sieci. Dwa tryby pracy modułu FDIR: automatyczny i półautomatyczny umożliwiają dyspozytorowi podjęcie decyzji, czy wyliczona sekwencja ma się wykonać automatyczne po wyliczeniu, czy do jej rozpoczęcia będzie wymagana decyzja dyspozytora.

Należy tu zaznaczyć, że FDIR nie działa na z góry opracowanych scenariuszach. Sekwencje sterownicze są wyliczane za każdym razem dla rzeczywistej topologii sieci ( z uwzględnieniem prac planowych, uziemień linii itp.) i informacji o przepływach prądów zwarciowych i zadziałaniach automatyk reklozerów w trakcie wystąpienia zakłócenia (zwarcia) w sieci.0

Moduł programowy FDIR jest częścią systemu SCADA SYNDIS-RV. Jednak, żeby mógł prawidłowo wykonywać postawione przed nim zadania musi współpracować z urządzeniami zainstalowanymi w głębi sieci i tworzyć z nimi jednolity system.

By to było możliwe należy spełnić szereg warunków:
– Odpowiednia ilość zainstalowanych obiektów sterowanych w głębi sieci SN.
– Wyposażenie obiektów w niezbędne urządzenia łączeniowe oraz funkcjonalności sterownicze. W zależności od potrzeb i układów sieci SN mogą to być reklozery z funkcjami automatyki zabezpieczeniowej, rozłączniki z sygnalizatorami zwarć z pełnym układem pomiarowym i funkcjami sekcjonalizera oraz stacje wnętrzowe z rozłącznikami i wyłącznikami.
– Prawidłowe wyliczenie nastaw dla układów zabezpieczeń w głębi sieci i układów sygnalizatorów zwarć, oraz prawidłowe zestopniowanie tych nastaw z działaniem cyfrowych zabezpieczeń w polach zasilających linie objęte systemem FDIR.
– Niezawodny, najlepiej redundantny system łączności pomiędzy systemem SCADA, a obiektami umieszczonymi w głębi sieci ŚN. Informacje powinny być przesyłane szybko i pewnie w ciągu maksymalnie kilkunastu sekund.
– Zastosowanie odpowiedniej aparatury łączeniowej przystosowanej do zadań systemu od reklozerów poprzez szybkie wyłączniki sekcjonalizerów do standardowych wyłączników.

Nie bez znaczenia jest wytypowanie lokalizacji obiektów sterowanych w liniach nadzorowanych przez FDIR. Na rysunku 2 został pokazany fragment sieci objęty działaniem systemu FDIR z przykładowymi urządzeniami zamontowanymi w głębi sieci.

Obiekty te można ze względu na sposób działania podzielić na trzy grupy.
Pierwsza grupa to reklozery. W przypadku wystąpienia zwarcia za reklozerem chroni on odcinek linii pomiędzy GPZ, a danym reklozerem. Układ reklozera składa się z aparatu łączeniowego (wyłącznik napowietrzny), układu pomiarowego (przekładniki prądowe, dzielniki pojemnościowe) i cyfrowego zabezpieczenia. Firma Mikronika produkuje cyfrowe zabezpieczenie z rodziny SO-54SR -1xx -REK pokazane w wersji SO-54SR-111-REK na rysunku 3. Jest ono przeznaczone do współpracy ze wszystkimi typami aparatów łączeniowych, oraz z każdym stosowanym układem pomiarowym. SO-54SR-1xxx-REK jest w pełni konfigurowalny również zdalnie przez łącze inżynierskie i zapewnia pełną automatykę sieciową: wykrywanie zwarć doziemnych we wszystkich rodzajach sieci i zwarć międzyfazowych, oraz realizowanie funkcji SPZ.

Druga grupa urządzeń, to zdalnie sterowane rozłączniki SN. Oferta Mikroniki obejmuje szeroką gamę sterowników przeznaczonych do sterowania dowolnym odłącznikiem oferowanym na polskim rynku. W tej grupie można wyróżnić sterowniki rodzin SO-52v21 z wbudowanym sygnalizatorem zwarć opartych na pomiarze prądu w trzech fazach i prądu Io, oraz funkcją sekcjonalizera.
W układach, gdzie wskazany jest również pomiar napięcia w trzech fazach (pełny układ pomiarowy) na przykład do pewnego wykrywani zwarć doziemnych w sieciach kompensowanych oferujemy sterowniki ze zintegrowanym sygnalizatorem zwarć i funkcją sekcjonizera , SO-52v21-AUT ( rysunek 4) i rodziny SO-54SR-3xx (rysunek 5).

Ostatni typ urządzeń to sygnalizatory zwarć bez możliwości sterowania. Wykorzystuje się tu zainstalowane na słupie na izolatorach przekładniki prądowe, lub cewki Rogowskiego, oraz dzielniki reaktancyjne do pomiaru napięcia w trzech fazach. Przykładowe podłączenie takiego sensora zostało pokazany na rysunku 6.

Wszystkie sterowniki oferowane przez Mikronikę mogą pracować z każdym ze stosowanych w kraju systemów łączności na przykład w APN/GPRS, Tetra ( różnych producentów), Netman, CDMA, DMR itp. Przykład redundantnego systemu łączności zastosowanego w PGE Dystrybucja Oddział Zamość został pokazany na rysunku 7.

System FDIR mimo, że jest oferowany od niedawna doczekał się już wielu wdrożeń.

Pierwsze pilotażowe wdrożenie obejmujące modernizację systemu SCADA zostało wykonane w 2012 roku w koncernie Energa Operator Oddział Gdańsk na terenie Półwyspu Helskiego i części Rejonu Wejherowo. Kolejne wdrożenie miało miejsce w koncernie PGE Dystrybucja Oddział Zamość Rejon Energetyczny Chełm w latach 2104/2015. To zadanie było przez nas wykonywane w wersji „pod klucz” jako Generalny Wykonawca. Oprócz koniecznej modernizacji systemu SCADA SYNDIS -RV wykonywaliśmy kompleksową głęboką modernizację istniejących i budowę nowych obiektów w głębi sieci. Po modernizacji w sieci objętej systemem FDIR pracowały obiekty ( w tym wielorozłącznikowe) z sygnalizatorami zwarć , reklozery i sekcjonizery. Schemat obszaru sieci objętej działaniem FDIR został pokazany na rysunku 9.

Kolejne wdrożenia „pod klucz” zostały wykonane w koncernach Enea Operator w oddziałach w Szczecinie i w Gorzowie w latach 2015/2016. W roku 2016 zakończyliśmy tez wdrażanie systemu FDIR obejmującego modernizację systemu SCADA SYNDIS-RV w Koncernie Tauron Dystrybucja Oddział Legnica.
Wszystkie dotychczasowe wdrożenia, a szczególnie wykonane „pod klucz” jako Generalny Wykonawca pozwoliły nam na zebranie wielu bardzo cennych doświadczeń. Żeby się nimi podzielić zorganizowaliśmy w dniach 6-7.09.2016 Pierwsze Forum Dskusyjne FDIR, na którym swoje doświadczenia, oprócz nas, prezentowali również użytkownicy systemu FDIR. Suma tych doświadczeń potwierdziła wysoką przydatność naszego rozwiązania w ograniczaniu przerw w dostawie energii elektrycznej.