Apr 1, 2018
 in 
IEC61850

Hybride Messung im digitalen Umspannwerk

H

erzliche Grüße, liebe Freunde der Schutz- und Leittechnik, heute zeigen wir Euch, wie Ihr gemessene Analogsignale und Sampled Values ​​in einem digitalen Umspannwerk verifizieren könnt. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, verwenden wir das brandneue Tool "EnerLyzer Live", ein Echtzeit-Mess- und Aufzeichnungssystem, das mit dem neuen Prüfsystem CMC 430 der Firma Omicron erhältlich ist.

In unserem Beispiel zeigen wir einen hybriden Messaufbau mit gleichzeitiger Messung von Analogwerten, IEC 61850-9-2 Sampled Values ​​und IEC 61850 GOOSE. Zu diesem Zweck soll eine Messung an einem Schutzrelais eines Leistungstransformators mit digitaler Verbindung zum Schutzrelais durchgeführt werden.

Anschließen des Test-Sets für die Hybrid-Messung 110 kV / 10 kV

Der Leistungstransformator hat eine Nennspannung von 110 kV / 10 kV mit Nennströmen von 250 A primär und 2500 A sekundär. Auf der Hochspannungsseite werden nicht-konventionelle Spannungswandler eingesetzt, die mit IEC 61850-9-2 Sampled Values ​​Spannungs- und Strommessungen an das Relais liefern. Auf der Sekundärseite wird eine Merging Unit verwendet, welche die Sekundärwerte der herkömmlichen Spannungswandler (10 kV / 100 V) und Stromwandler (2500 A / 1 A) in Sampled Values ​​(als Primärwerte gezeigt) umwandelt. Das Relais sendet Auslöse- und Anregesignale als IEC 61850 GOOSE-Meldungen über das Prozessbusnetzwerk.

Mit EnerLyzer Live können alle Signale, die fest verdrahteten analogen Spannungen und Ströme welche in die Merging Unit eingespeist werden, die Sampled Values ​​der sekundären Seite der Merging Unit und die Sampled Values ​​der nicht konventionellen Strom- und Spannungswandler gleichzeitig gemessen werden. Sampled Values vom Standard 61850-9-2 werden an der Messquelle des Streams gemessen und auf die absolute Zeit eines Referenztakts ausgerichtet. Für präzise Messungen von Sampled Values ​​aus verschiedenen Quellen in einem hybriden Szenario muss das Prüfgerät mit einer absoluten Zeitreferenz synchronisiert werden, so dass die Phasenwinkel zwischen den verschiedenen Sampled Values-Strömen und gemessenen analogen Werten genau sind.

Setup EnerLyzer Live

Für die Messung der konventionell analogen Spannungen und Ströme werden die Einstellungen wie in der folgenden Abbildung vorgenommen:

Es ist ein Dreiphasen-Spannungssystem direkt an die ersten drei Inputs angeschlossen und ein Dreiphasen-Stromsystem über Shunt-Widerstände mit den nächsten drei Inputs verbunden.

Zur Messung der binären GOOSE Signale im Netzwerk muss zuerst die GOOSE mit dem Test Universe GOOSE Configuration Testmodul konfiguriert werden. Innerhalb des GOOSE-Configuration Testmoduls muss die Zuordnung zwischen Datenattributen von indizierten GOOSE-Nachrichten zu virtuellen Binäreingängen erfolgen. Daher müssen wir in der Hardwarekonfiguration des GOOSE Configuration Testmoduls eine virtuelle Eingabegruppe hinzufügen.

1. Klicke Details: Virtual IO Configuration Details

2. Füge die virtuelle Eingangsgruppe "virtual input group 1" hinzu

3. Klicke OK

4. Die festgelegten virtuellen Eingangsgruppen sind hier aufgelistet

5. Klicke OK um die Einstellungen zu übernehmen

Als nächstes muss die Rangierung von GOOSE Datenattributen zu virtuellen Binäreingängen definiert werden. Die Struktur des Datensatzes, der für die spezifischen GOOSE-Nachrichten verwendet wird, kann im GOOSE-Configuration Testmodul entweder manuell oder durch das Importieren aus einer SCL-Datei (SCL-Import) auf der Registerkarte "Subskription" definiert werden. Einzelne Datenattribute innerhalb des Datensatzes (meist boolesche Werte) können wie folgt auf virtuelle Binäreingänge "gemappt" werden:

Die Gruppe und der Eingangsindex der abgebildeten virtuellen Binäreingänge sind wichtig, da sie in EnerLyzer Live entsprechend konfiguriert werden müssen. Das CMC Prüfgerät muss für die GOOSE-Indizierung konfiguriert werden, indem die Konfiguration im GOOSE-Configuration Testmodul angewendet wird. Klicke daher im GOOSE-Configuration Testmodul auf Konfiguration anwenden.

In EnerLyzer Live können wir nun virtuelle GOOSE-Binäreingänge erstellen, indem wir die entsprechende Gruppe und die Eingangsnummer festlegen. Die Eingangsgruppe und die Eingangsnummern der definierten virtuellen Eingänge im GOOSE Konfigurationsmodul müssen in EnerLyzer Live identisch sein.

1. Gehe zu Test set configuration in EnerLyzer Live.

2. Klicke auf Add GOOSE virtual binary input

3. Wähle die Eingangsgruppe und die entsprechende Eingangsnummer.

Um die Messung des Sampled Value-Streams innerhalb von EnerLyzer Live zu konfigurieren, fügen wir einen Sampled-Values-Stream für die Niederspannung (LV) und einen weiteren für die Hochspannungsseite (HV) hinzu. Auf der Registerkarte "Sampled Values" müssen wir die Streams mit der ID "Sampled Values", der Multicast-MAC-Adresse und der Sampling-Rate konfigurieren. Zusätzlich müssen wir den Ethernet-Port des CMC auswählen, an dem die Netzwerkstreams empfangen werden sollen.

1. Klicke auf Add Sampled Values ​​system: Die Registerkarte Sampled Values ​​wird geöffnet und ein Sampled Values System wird angezeigt.

2. Konfiguriere die Sampled Values-ID, die MAC-Adress und die Sampling rate des Streams, der entsprechend erfasst werden soll

3. Gib dem Sampled Values-System, dem Spannungs- und Stromsystem innerhalb des Sampled Values-Systems entsprechende Namen, um die Messungen später unterscheiden zu können.

Für die Bemessungswerte legen wir die primären Nennwerte gemäß den Bemessungswerten im Stream "Sampled Values" fest. Für sekundäre Nennwerte können wir Werte auswählen, die für den Vergleich der Werte mit anderen sekundären Werten geeignet sind. z.B. werden für die LV-Seite die gleichen Sekundärgrößen wie diejenigen verwendet, die sekundär in die Merging Unit injiziert werden. Für die Werte von den nicht-konventionellen Messgeräten auf der HV-Seite können beliebige sekundäre Nennwerte eingestellt werden.

Bevor wir mit der Messung beginnen, müssen wir die Uhrzeitsynchronisation für das CMC-Testset einrichten. Das CMC-Prüfgerät muss mit einer Zeitreferenz verbunden sein. Vorzugsweise kann hier ein OMICRON CMGPS 588 an den zweiten Ethernet-Port des CMC angeschlossen werden. Wenn kein anderes Testmodul von Test Universe die Zeitsynchronisation eingerichtet hat, müssen wir dies in EnerLyzer Live tun. In der Statusleiste gibt es eine weitere Statusanzeige, in der der Online-Status des CMC-Testsets in EnerLyzer Live angezeigt wird. Der einfache Online-Status wird angezeigt, wenn das Prüfgerät noch nicht synchronisiert ist.

1. Klicke Configure in der Konfiguration des Prüfgerätes, um die angeschlossene Zeitquelle zu konfigurieren.

2. Klicke auf signal pool, um alle Konfigurationen auf dem CMC-Prüfgerät anzuwenden und die Messung zu starten.

Analyse der Messung

Die Messwerte von zwei Sampled Values-Streams, der analogen Messungen und der Zustände der erfassten GOOSE-Meldungen werden in der Multimeter-Ansicht angezeigt. Die unterschiedlichen Spannungs- und Stromsysteme sollten in ihrer Größe und mit den entsprechenden Phasenwinkeln dargestellt werden. Daher werden Phasor-Messungen aus dem Signalpool ausgewählt.

1. Klicke auf Multimeter, um die Größen- und Phasenwinkel in numerischen Werten darzustellen.

Die folgende Abbildung zeigt das Dashboard mit allen gemessenen Signalen in der Multimeter-Ansicht.

Eine bequeme Möglichkeit, die Beziehung zwischen den gemessenen Signalen und ihren Phasenwinkeln zu sehen, besteht darin, die gemessenen Systeme als Zeigerdiagramm darzustellen.

1. Klicke auf Phasor, um die gemessenen Spannungs- und Stromsysteme als Zeiger darzustellen.

Hinweis: Es können bis zu vier Systeme in einem Zeigerdiagramm dargestellt werden, wobei die Anzeige von Spannungs-, Strom- oder / und Energiesystemen in Zeigerform möglich ist.

Für die Phasenwinkelwerte ist es zweckmäßig, ein Signal als Referenzphase einzustellen, das einen Phasenwinkel von 0 ° anzeigt. Ein Referenzsignal kann im Bereich Settingsausgewählt werden.

Jetzt ist die L1-Spannung von der HV-Seite das Referenzsignal mit einem Phasenwinkel von 0°. Dies ist im obigen Phasor-Diagramm ersichtlich. Das aktuelle Referenzsignal ist in der Legende der Widgets mit einem Sternchen (*) gekennzeichnet.

Für eine detailliertere Analyse der abgetasteten Signale können wir auch die Zeitsignalansichten verwenden. Wir können die momentanen Signale für analog gemessene Größen und Sampled Values ​​in das gleiche Zeitsignal-Widget eingeben. Wenn alles korrekt funktioniert, sollten alle Signale von analogen und digitalen Quellen wie in der folgenden Abbildung gezeigt ausgerichtet werden:

Weitere Untersuchungen können einfach im Live-Datenstrom der gemessenen Signale durchgeführt werden. Klicke dazu in der Statusleiste auf Live-Daten halten.

Hinweis: Wenn sich EnerLyzer Live im Zustand "Hold" befindet, werden die im Dashboard dargestellten Daten "eingefroren", aber die Messung im Hintergrund läuft weiter.

Wenn die Hybridmessung korrekt eingerichtet ist, können wir detailliertere Szenarien untersuchen und aufzeichnen. So kann z.B. eine Aufzeichnung für einen sich entwickelnden Fehler am Transformator gemeinsam mit der Reaktion des Schutzrelais aufgezeichnet werden, die als Auslöse- und Anregesignal in Form von GOOSE-Meldungen des Schutzrelais gewertet werden.

Tiefergehende und genauere Untersuchungen können weiterhin durch Zoomen in die Nulldurchgänge der Signale und Messen durchgeführt werden. Normalerweise sollte keine Abweichung zwischen den gemessenen analogen Signalen und den Signalen mit abgetasteten Werten bestehen.

Durch Hineinzoomen in den Beginn des zweiten Fehlerereignisses ist eine genaue Messung der Auslösezeit des Schutzrelais möglich. Auch hier können wir die abgetasteten Signale für analoge Messungen und Sampled Value-Ströme, sofort mit Messungen der Merging Unit der nicht konventionellen Messwandler vergleichen.

HERZliche Grüße Alexander Muth

OmicronOmicron