Dlaczego warto wdrożyć standard IEC 61850 na stacji elektroenergetycznej? Możliwości i korzyści standardu

Energetyka, jako gałąź infrastruktury krytycznej, jest sektorem wyjątkowo wymagającym dla dostawców. Ciągle rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną oraz trwająca integracja scentralizowanych sieci źródeł energii nieodnawialnej (np. elektrociepłowni) i rozproszonych źródeł energii odnawialnej (np. farm wiatrowych czy fotowoltaicznych) stanowią wyzwanie dla utrzymania stabilności i niezawodności całej sieci oraz jakości dostarczanego prądu. Naprzeciw temu wychodzi IEC 61850 – standard, który pomimo ostrożności branży energetycznej wobec nowości, szybko zyskuje na popularności i jest on coraz częściej wymagany na nowych i modernizowanych stacjach wysokich napięć.

W skrócie o IEC 61850

IEC 61850 jest międzynarodową normą dotyczącą standaryzacji automatyzacji stacji energetycznych. Definiuje ona (między innymi) protokoły komunikacyjne zapewniające komunikację między urządzeniami znajdującymi się w stacji, takimi jak urządzenia zabezpieczające, sterujące i pomiarowe, a także inteligentne urządzenia elektroniczne (IED).

Po więcej informacji o standardzie zapraszamy do artykułów „Wstęp do IEC 61850. Poradnik dla początkujących”.

Dlaczego warto wdrożyć IEC 61850?

Norma IEC 61850 jest rozwiązaniem dającym dużo korzyści, zarówno stacjom nowopowstającym jak i tym przestarzałym, przeznaczonym do modernizacji. Różnice pomiędzy inicjatywami są ogromne, lecz zalety płynące z wdrożenia standardu pokrywają się dla obu przypadków.

Niższe koszty okablowania

W przeciwieństwie do starszych rozwiązań, zgodna z normą IEC 61850 komunikacja na stacji opiera się o sieć Ethernet, a komunikacja elementów stacji między sobą i poziomami prowadzona jest po światłowodach. Rozwiązanie pozwala na przesyłanie sygnałów pojedynczym kablem Ethernetowym, zamiast wysyłać każdy sygnał oddzielnym kablem miedzianym. Taka właściwość przekłada się na radykalne zmniejszenie ilości i długości wymaganych dotychczas przewodów i tym samym sporą oszczędność.

Wartym zaznaczenia jest również fakt, że światłowód jest dużo tańszy od typowego kabla miedzianego. Jest to szczególnie ważne przy modernizacji, gdzie budżet inwestycji zazwyczaj jest skrajany do minimum. Dla sceptyków argumentu: Cena kilkudziesięciu metrów kabla może nie robić różnicy, ale przy kilometrach cena za metr ma duże znaczenie. W zależności od wielkości obiektu, takie rozwiązanie może dać nawet do 40% oszczędności na samej wartości instalacji[i].

Łatwiejsza konfiguracja na poziomie sieci

Udogodnieniem wprowadzonym przez standard jest ograniczenie do minimum ręcznej konfiguracji urządzeń. Dzięki zaawansowanemu stopniowi automatyzacji, już na wstępie znacząco obniża to szansę na wystąpienie ewentualnych (i niestety kosztownych) błędów i ich poprawek.

Pomimo tego udoskonalenia, konfiguracja jest wciąż złożonym procesem, a jej prawidłowy przebieg jest kluczowy dla stabilności całej sieci. Stąd z pomocą przychodzą aplikacje klienckie wspomagające nie tylko wdrożenie sieci, ale i jej dalsze utrzymanie. Nasza firma oferuje system wspomagający zarządzenie BTNET. Z taką aplikacją obsługa całego obiektu staje się jeszcze prostsza, np. konfiguracja sieci może sprowadzać się do pobrania listy punktów bezpośrednio z urządzenia.

Niższe koszty utrzymania i eksploatacji

Poza doraźnymi korzyściami, IEC 61850 daje również długofalową oszczędność w kosztach całkowitych. Technologia, jaką oferuje standard, daje możliwość obniżenia kosztów energii netto. Dzięki zaawansowanym opcjom monitorowania, informacje takie jak kąt fazowy i stabilność napięcia mogą zostać wykorzystane do określenia realnych warunków sieci w czasie rzeczywistym, np. wyliczenia dynamicznego obciążenia sieci czy ujawnienia większej zdolności przesyłowej niż limity oparte na modelu. Pozwala to na obserwowanie i wprowadzenie zmian, które mogą się przełożyć realnie na ekonomię przedsiębiorstwa.

IEC 61850 rozwiązuje pośrednio też zgoła inną kwestię – problem zatrudnienia wykwalifikowanych pracowników. Praca ekip terenowych i inżynierów jest niezbędna do zapewnienia ciągłości dystrybucji energii, a jednak na rynku daje o sobie znać deficyt techników, który jest mocno odczuwalny przez przedsiębiorstwa energetyczne. Wprowadzana przez standard wielopoziomowa automatyzacja rozwiązuje ten problem – zminimalizowanie konieczności ręcznej obsługi elementów przekłada się na mniejsze zapotrzebowanie kadrowe. Dodatkową korzyścią tego rozwiązania, wynikającą pośrednio z ułatwienia eksploatacji i utrzymania systemu, jest zmniejszenie wydatków na utrzymanie ekip terenowych.

Niezawodność transmisji danych

Poprzez kontrolę dostępności kanału komunikacyjnego i zapobiegawcze blokowanie pakietów o niskim priorytecie, sieć obciążona dużym ruchem nie zostaje dodatkowo przeciążana mniej istotnymi danymi. Dodatkowo zaimplementowana kontrola integralności danych i opcja redundantności połączeń zapewnia skuteczną i pewną transmisję.

Interoperacyjność

Umożliwienie wspólnej pracy urządzeń od różnych producentów było nowością wprowadzoną wraz ze standardem. To znacząca różnica w porównaniu do starej szkoły tworzenia sieci w elektroenergetyce, gdzie warunki były podyktowane ograniczeniami jednego producenta. Taki warunek uprościł proces modernizacji stacji, który często zakłada współpracę już istniejących elementów z nowymi urządzeniami automatyki.

Większa kontrola i bezpieczeństwo

IEC 61850 ma nieocenioną dla krytycznego sektora energetycznego zaletę, której nie ma starsza technologia – kontrolę w czasie rzeczywistym. Funkcja daje możliwość natychmiastowej reakcji na niepożądane wydarzenia, których konsekwencje mogą być kosztowne lub (co gorsza) katastrofalne. I nie jest to wyolbrzymienie, w końcu w przeciągu ostatnich 20 lat już kilkukrotnie obserwowaliśmy skutki blackout’u w różnych miejscach na świecie… Opcja monitorowania sieci w czasie rzeczywistym jest możliwa dzięki rejestrowaniu pomiarów i stanu systemu z dużą prędkością, które zapewniają jednostki pomiaru fazorów (ang. PMU – Phasor Measurement Unit) i system nadzorujący SCADA (ang. Supervisory Control And Data Acquisition). SCADA może raportować stan sieci co 4 sekundy, a PMU nawet do 60 pomiarów na sekundę, stąd zapewniony jest podwójny nadzór – jeżeli SCADA nie wychwyci jakiegoś zdarzenia, to zrobi to PMU. A to z kolei daje gwarancję najlepszej jakości kontroli i bezpieczeństwa.

Poza zabezpieczaniem sieci przed ewentualną awarią, technologia wykorzystana w standardzie pomaga w identyfikacji tej już istniejącej. Takiej pomocy nie oferuje żaden inny standard. Dzięki wykorzystaniu Synchronicznego Ethernetu i precyzyjnie określonego czasu zdarzenia, możliwa jest lokalizacja miejsca awarii linii energetycznej z dokładnością nawet do 10m. Tak precyzyjna informacja zapewnia możliwie najszybsze dotarcie ekipy terenowej na miejsce zdarzenia i usunięcie usterki.

Łatwiejsza i tańsza rozbudowa sieci

Wykorzystanie tej samej technologii sieciowej w całym przedsiębiorstwie energetycznym, ułatwia integrację stacji z przedsiębiorstwem oraz znacząco zmniejsza koszty całej operacji. Z kolei samo dodanie nowego urządzenia odbywa się bez konieczności rekonfiguracji urządzenia, ponieważ w standardzie IEC 61850 urządzenia nie muszą być konfigurowane, aby udostępniać dane. Wszystko to ułatwia projektantowi zadanie integrowania sieci, a dodatkowo mniejsza liczba przewodów pomiędzy urządzeniami rozwiązuje powszechny problem ich nadmiaru w korytku kablowym.

Większa odporność przewodów

Poprzez wykorzystanie światłowodów, obwód zyskuje nowy poziom ochrony. A to dzięki izolacji galwanicznej, która spełnia dwa ważne zadania. Po pierwsze chroni układ przed uszkodzeniem spowodowanym różnicą potencjałów. Po drugie zabezpiecza sygnał przed zniekształceniami spowodowanymi przez zakłócenia elektromagnetyczne czy sprzężenia. Bez takiej izolacji wykonywane pomiary mogą dawać nieprawidłowe wyniki, a transmisja danych może być utrudniona lub całkowicie niemożliwa.

Podsumowanie

Globalnie rosnąca popularność IEC 61850 jest dla branży sygnałem nadchodzących zmian i nie bez powodu jest to kierunek w którym zmierzają największe przedsiębiorstwa energetyczne. Pytaniem jakie należy sobie zadać w kwestii obowiązkowości wdrażania standardu nie jest pytanie “Czy IEC 61850 będzie wymagany?”, ale “Kiedy IEC 61850 będzie wymagany?”. Ciągły rozwój standardu oraz ogrom benefitów jakie daje jego wdrożenie powodują, że obligatoryjność IEC 61850 na stacjach jest już tylko kwestią czasu.