Zeitgemäßer Schutz im Verteilnetz - ETZ | · PDF fileNSD570 ermöglicht die...
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PROZESS- & ENERGIEAUTOMATION www.etz.de 11/2014 Zeitgemäßer Schutz im Verteilnetz Während der Schutz von Verteilnetzen bisher autark behandelt wurde, folgen innovative Schutzkonzepte heute dem Trend zur Vernetzung und nutzen Synergien für maximale Versorgungssicherheit. Die SÜC Coburg hat frühzeitig auf zukunftsorientierte Kommuni- kationstechnologien gesetzt und stattet das gesamte Netz mit Glasfaserkabeln aus. Die Kombination aus Schutz- und Kommunikationstechnologie hat zu einem richtungswei- senden Konzept für den Schutz in Mittelspannungsnetzen geführt. ABB realisierte dieses Konzept mit dem Gateway-Ansatz des universellen Fernauslösegeräts NSD570 sowie der konsequenten Nutzung der funktionalen Fähigkeiten vom Stationsbus nach IEC 61850. Text: Klaus Jost, Jürgen Präcklein, Rico Reißmann, Michael Strittmatter (SÜC) [1] hat ihren Ursprung in der 1854 vor Ort ge- gründeten Gasfabrik. Heute versorgt sie rund 60 000 Haus- halte und 1 000 Gewerbekunden im nordwestlichen Ober- franken bis ins angrenzende üringen hinein zuverlässig mit Energie, Wärme, Wasser, Mobilität – und seit 2011 durch den regionalen Glasfaserausbau auch mit schnellem Internet. Zurzeit beliefert die SÜC über das 20-kV-Netz Seßlach ca. 5 000 Kunden auf einer Fläche von 90 km 2 mit elektri- scher Energie. Ein flächenmäßig so großes Versorgungsgebiet mit einem widerstandsgeerdeten 20-kV-Mittelspannungs- netz zu betreiben, stellt den Netzschutz vor Herausforde- rungen in Bezug auf Selektivität und Geschwindigkeit. Die Größe des Gesamtnetzes macht es erforderlich, dass neue Teilnetze anders als bisher nicht mehr kompensiert, sondern widerstandsgeerdet betrieben werden müssen. Da das Netz der SÜC beide Varianten umfasst, müssen in den Netz- schutzgeräten Parametersätze sowohl für das niederohmig geerdete als auch für das kompensiert betriebene Netz ver- fügbar sein. Je nach Bedarf werden diese von der Netzleit- stelle umgeschaltet. Im Zuge des Netzausbaus wurden Glasfaserleitungen verlegt, über welche die Anlagen untereinander sowie mit der Netzleitstelle in Coburg verbunden sind. Dieses Glas- fasernetz ermöglicht auch die schnelle netzweite Kommu- nikation zwischen den Schutzgeräten und damit die Reali- sierung des modernen Schutzkonzepts unter Nutzung des Kommunikationsstandards IEC 61850 [2]. Dies erlaubt die Integration von Geräten unterschiedlicher Hersteller. Schutzkonzept mit Fernauslösung ermöglicht 100-%-Überwachung sicher erkennen und sie in möglichst kurzer Zeit selektiv ab- vative Schutzkonzepte für Mittelspannungsnetze nach IEC 61850 erfordern eine durchdachte Kombination aus Schutz- und Kommunikationstechnik
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PROZESS- & ENERGIEAUTOMATION
� www.etz.de 11/2014
Zeitgemäßer Schutz im VerteilnetzWährend der Schutz von Verteilnetzen bisher autark behandelt wurde, folgen inno vative Schutzkonzepte heute dem Trend zur Vernetzung und nutzen Synergien für maximale Versorgungssicherheit. Die SÜC Coburg hat frühzeitig auf zukunftsorientierte Kommuni-kationstechnologien gesetzt und stattet das gesamte Netz mit Glasfaserkabeln aus. Die Kombination aus Schutz- und Kommu ni ka tions techno logie hat zu einem richtungswei-senden Konzept für den Schutz in Mittelspannungsnetzen geführt. ABB realisierte dieses Konzept mit dem Gateway- Ansatz des universellen Fernauslösegeräts NSD570 sowie der konsequenten Nutzung der funktionalen Fähigkeiten vom Stationsbus nach IEC 61850.
Text: Klaus Jost, Jürgen Präcklein, Rico Reißmann, Michael Strittmatter
i� �����i���� ��� � ��������� �� �� �� �(SÜC) [1] hat ihren Ursprung in der 1854 vor Ort ge-
gründeten Gasfabrik. Heute versorgt sie rund 60 000 Haus-halte und 1 000 Gewerbekunden im nordwestlichen Ober-franken bis ins angrenzende �üringen hinein zuverlässig mit Energie, Wärme, Wasser, Mobilität – und seit 2011 durch den regionalen Glasfaserausbau auch mit schnellem Internet.
Zurzeit beliefert die SÜC über das 20-kV-Netz Seßlach ca. 5 000 Kunden auf einer Fläche von 90 km2 mit elektri-scher Energie. Ein �ächenmäßig so großes Versorgungsgebiet mit einem widerstandsgeerdeten 20-kV-Mittelspannungs-netz zu betreiben, stellt den Netzschutz vor Herausforde-rungen in Bezug auf Selektivität und Geschwindigkeit. Die Größe des Gesamtnetzes macht es erforderlich, dass neue Teilnetze anders als bisher nicht mehr kompensiert, sondern widerstandsgeerdet betrieben werden müssen. Da das Netz der SÜC beide Varianten umfasst, müssen in den Netz-
schutzgeräten Parametersätze sowohl für das nieder ohmig geerdete als auch für das kompensiert betriebene Netz ver-fügbar sein. Je nach Bedarf werden diese von der Netzleit-stelle umgeschaltet.
Im Zuge des Netzausbaus wurden Glasfaserleitungen verlegt, über welche die Anlagen untereinander sowie mit der Netzleitstelle in Coburg verbunden sind. Dieses Glas-fasernetz ermöglicht auch die schnelle netzweite Kommu-nikation zwischen den Schutzgeräten und damit die Reali-sierung des modernen Schutzkonzepts unter Nutzung des Kommunikationsstandards IEC 61850 [2]. Dies erlaubt die Integration von Geräten unterschiedlicher Hersteller.
Schutzkonzept mit Fernauslösung ermöglicht 100-%-ÜberwachungE�� �����!"#"�$% "&'' "(%�'���$ )$�'$* +�, -$.$* /+0$'"�*$�1$sicher erkennen und sie in möglichst kurzer Zeit selektiv ab-
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Mittelspannungsnetze nach IEC
61850 erfordern eine durchdachte
Kombination aus Schutz- und
Kommunikationstechnik
11/2014 www.etz.de
s56789:;< =>9 ?:; @>s6:A>B:; C:AD76A:;überwachte die SÜC 85 % der Kabel-strecken in Schnellzeit, die restlichen 15 % erst mit einer Zeitverzögerung von ca. 0,3 s. Um tatsächlich 100 % jeder Kabelstrecke in einer Schutz-zone zu erfassen, wurde ergänzend zu den Distanzschutzeinrichtungen ein Fernauslösesystem zwischen den je-weiligen Sta tionen installiert. Es über-trägt die Auslösesignale von den Dis-tanzschutzgeräten sicher an das andere Leitungsende.
Die Signalübertragung von Sta-tions bussystemen nach IEC 61850 mittels Fernkommunikation über einen LWL-basierten Ethernet-Ring stellt ein Novum im Bereich der Mit-telspannung dar (Bild ). Die Aus- und Einkopplung der erforderlichen Di-stanzschutzsignale erfolgt über einen Ethernet-basierten Bus mit Goose-Nachrichten und nicht mehr über viele direkt verdrahtete Schaltkontakte. Das Rangieren der Signale geschieht da-
bei ausschließlich über standardisierte Engineering-Tools.
Neben den Steuerungs- und Auto-matisierungssignalen werden damit bei der Lösung der SÜC Coburg auch die Schutzsignale über den IEC-61850-Sta-tionsbus ausgetauscht. Das Fernaus-löse gerät NSD570 (Bild ) von ABB [3] ist als Gateway ein wichtiger Funk-tionsbaustein für den Sta tionsbus, um zwei räumlich getrennte Stationen mit-einander zu verbinden. Der Anschluss an den Stationsbus erfolgt über seine Goose-Schnittstelle und an die Back-bone-Geräte des Glasfasernetzes über seine Ethernet/IP-Leitungs schnitt stelle. Neben den Steue rungs- und Automati-sierungssignalen werden bei der Lösung der SÜC Coburg auch die Schutzsig-nale über den IEC-61850-Stations bus ausgetauscht.
Typische Übertragungszeiten für das Fernauslösesystem liegen bei <10 ms. Daraus resultieren Auslösezeiten des gesamten Schutzsystems für 100 % der
01 IFGHJGtung der Stationen für das Teilnetz Sesslach
Station 1
Station 2
Station 3
Station 4 Station 5
Station 6 Station 7
Station 8NSD570
Stationsswitch
Schutzgeräte
Legende
StromleitungGlasfaserverbindungIEC 61850
WAN-Switch
02 KLH3MFGNOGLPLHQRNSD570 ermöglicht die
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und sichere Übertragung
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PROZESS- & ENERGIEAUTOMATION
v www.etz.de 11/2014
x���i�i��� y� �������� z�� �{|i��� ��} ~� ms. Die Auslöse-signale (sogenannte „Befehle“) sind über eine standardisierte Logik mit bestimmten Bedingungen verknüpft. Die SÜC verwendet das Pott-Verfahren, einem Selektivschutz mit Überreichweite und Freigabe (Bild ). Die Schutzgeräte in Bild 3 dürfen bei einem Fehler innerhalb des Leitungsab-schnitts den jeweiligen Leistungsschalter nur in Schnellzeit ö#nen, wenn auch von der Gegenseite ein Auslösebefehl über das Fernauslösesystem empfangen wird. Diese Logikfunktion steht als Standardbaustein in den bei der SÜC zum Einsatz gebrachten Schutzgeräten REF630 zur Verfügung.
Die multifunktionellen Schutzgeräte bieten aufgrund von sechs Distanzschutzfunktionen separate Einstellungen der Zonenreichweiten für Phase-Phase-Fehler und Phase-Erde-Fehler. Als Kriterium zur Fehlererkennung wird eine polygonale Unterimpedanz-Anregung verwendet. Als zu-sätzlicher Reserveschutz mit Zeitverzögerung dient ein un-gerichteter Nullstromschutz.
Flexible Kommunikation�� �i��� �������������||������ ������ ���i ��� ���-gige Fernauslösegeräte NSD570 untergebracht werden. Für den Netzschutz bieten sie ein komplettes Set an Schnittstellen zu den diversen Kommunikationssystemen und Schutzgerä-
ten. Externe Zusatzgeräte, wie Schnitt-stellen- oder Datenraten-Konverter, sind nicht erforderlich. Abhängig vom vorhandenen Kommunikationssystem sind die Fernauslösegeräte mit einer entsprechenden Leitungsschnittstelle ausgerüstet – analog, digital, optisch oder Ethernet/IP (Bild ). Bei einem Systemwechsel, zum Beispiel von ana-log zu digital, muss man nur diese eine Baugruppe austauschen.
Die Schnittstelle zu den Schutzge-räten ist üblicherweise kontaktbasiert und fest verdrahtet pro Auslösebefehl. Bis zu acht gleichzeitige und unabhän-gige Befehle können pro NSD570 über solche Kontaktschnittstellen an die ent-fernte Unterstation übertragen werden. Es ist aber auch möglich, das Gerät an den Stationsbus zu hängen und maximal acht Auslösebefehle mittels Goose-Nachrichten gemäß IEC 61850-8-1 von den Schutzgeräten zu empfan-gen. Die Befehle werden dabei aus den Goose-Nachrichten herausgefiltert und in ein Übertragungssignal umge-wandelt, das für den benutzten Kanal optimiert ist.
Softwaretools erleichtern das Engineering��� ������������������ ������� ����-ständig auf internationalen Standards und ist frei von kunden- oder herstel-lerspezi$schen Aspekten. Damit ent-
spricht er den Anforderungen von IEC 61850 an o#ene Sys-teme und Interoperabilität. Zur Anwendung kommt die im Standard de$nierte Stationsbeschreibung im SCL-Format.
Im ersten Schritt wurden die .ICD Files des NSD570 generiert und über das IEC-61850-Kon$gurationstool IET600 von ABB in das bereits bestehende .SCD File des Projekts importiert. IET600 bietet vollwertige Engineering-funktionalitäten für die Systemintegration von IEC 61850 bei Stationsleittechnik-Systemen. Mit ihm wurden dann die „GOOSE“-Signale entsprechend der Zuordnung der Felder für den Signalvergleich verknüpft und für jede Station ein neues .SCD File erstellt. Im Anschluss wurde das jeweilige .SCD File von dem Bedien- und Parametriertool PCM600 für Schutz- und Steuerungsprodukte importiert, damit da-raus die Kon$guration der Schutzgeräte REF630 extrahiert werden konnte. In gleicher Weise wurde die Kon$guration für die Fern aus löse geräte NSD570 mit dessen Bedienerpro-gramm HMI570 aus den .SCD Files extrahiert.
Die Funktion des installierten Schutzsystems wurde durch synchron angesteuerte Prüfgeräte von Omicron [4] an den jeweiligen Leitungsenden mit unterschiedlichen Fehler-simu la tionen geprüft und nachempfunden. Die gemessenen Reaktions- und Übertragungszeiten des Systems waren für SÜC Coburg überzeugend.
03 �LHL�3�M��RLG KF3�R�43G��MPHM�� �LG LNL�R�¡G��FR¢LG ��R £¤LHHL���¥L�RL
Station A Station B
Distanzschutz A
20-kV-Kabel
Kommunikationskanal
U/I
U/I
Reichweite Z AB
Reichweite Z BA
Z<
Z<
Signalübertragung
Distanzschutz B
Signalübertragung
04 ¦�L ��3�RRstellen des NSD570 zu den Kommunikationssystemen und den Schutz-
geräten
analog analog
analog
EthernetEthernet
analog
Stromleitung
Radio
Glasfaser
Optical !ber
Kupferkabel
IP-basiertes Netz
IEC 61850
analogdigital
analogdigital
analogdigitaloptical
analogdigitaloptical
PLC
MUX
MUX
PLC
MUX
MUX
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§11/2014 www.etz.de
Fazit��� ¨����©��ª�����«� ¬�®¯° ©������±��� ²�� ³����² ´��-zept die schrittweise Umstellung von Unterstationen auf digitale Technologien und IEC 61850. Der große Bestand an installierten Schutzgeräten mit kontaktbasierten Befehls-schnittstellen kann mit allen vorhandenen Kommunikations-medien genutzt werden, sogar parallel mit IEC-61850-kon-formen Schutzgeräten über dieselbe NSD570-Verbindung. Zusätzlich ist es möglich, Befehle aus Goose-Nachrichten von einer Unterstation an kontaktbasierte Schutzgeräte in der entfernten Unterstation zu übertragen. (no)
Literaturµ¶· Städtische Werke Überlandwerke Coburg GmbH, Coburg:
www.suec.de
[2] Normengruppe IEC 61850: Communication networks and sys-
tems in substations – all parts. Genf/Schweiz: Bureau Central
de la Commission Electrotechnique Internationale
[3] ABB AG, Mannheim: www.abb.de
[4] Omicron Electronics Deutschland GmbH, Erlangen:
www.omicron.at
[5] Artikel „Fortschrittlicher Netzschutz“:
http://search.abb.com/library/Download.aspx?DocumentID=1K
HA001198SDE&LanguageCode=de&DocumentPartId=&Action
=Launch
µ¸· Broschüre „NSD570 Teleprotection Equipement“: http://search.
abb.com/library/Download.aspx?DocumentID=1KHA000746SE
N&LanguageCode=en&DocumentPartId=&Action=Launch
Autoren Dipl.-Ing. Klaus Jost MH¤L�Ret im Vertrieb, Ge-
schäftsbereich Network Management bei ABB
Deutschland Energietechnik-Systeme in Mann-
heim.
Jürgen Präcklein �Gt Elektromeister in der Ab-
teilung Netzschutz/Kabelmesswagen bei der
Städtische Werke Überlandwerke Coburg GmbH
in Coburg.
Rico Reißmann �Gt Elektrotechniker in der Ab-
teilung Netzschutz/Kabelmesswagen bei der
Städtische Werke Überlandwerke Coburg GmbH,
Coburg.
Michael Strittmatter �Gt Produktmanager für
TFH- & Fernauslösegeräte bei ABB Schweiz
Energie technik-Systeme Communication Net-
works in Baden/Schweiz.
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15.10.14 16:47
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