FRA – System zur autonomen Analyse von Störungsmeldungen in Verteilungsnetzen
Digitale Ausgangsstromschutzgeräte in Hochspannungs- und Mittelspannungsanlagen sind bereits seit langem Standard, und die meisten dieser Geräte ermöglichen auch die automatische Erstellung eines Fehlerprotokolls, das anschließend zur Fehleranalyse und zur Gewinnung statistischer Daten verwendet werden kann, die sich auf die Zuverlässigkeit und Sicherheit des betriebenen Netzes auswirken. Der Prozess des Herunterladens der Protokolle ist jedoch bislang oft nicht automatisiert, und ihre analytische Verarbeitung erfolgt in den allermeisten Fällen „manuell“. Dabei enthalten Fehlerprotokolle viele wertvolle Informationen, die, wenn sie unmittelbar nach dem Auftreten der Störung heruntergeladen und analysiert werden können, auch erheblich zur Lokalisierung der betroffenen Stelle beitragen und die Zeit für deren Suche verkürzen können.
Das FRA-System löst sowohl die automatische Zentralisierung von Fehleraufzeichnungen aus allen Ausgangsstromschutzschaltern im Verteilungsnetz als auch deren detaillierte Analyse unmittelbar nach dem Herunterladen der Aufzeichnungen und berechnet eine Reihe wichtiger Parameter. Im Falle von Kurzschlüssen kann das System in Verbindung mit Informationen über die Netzwerktopologie den voraussichtlichen Ort (oder die Orte) der Störung bestimmen. Bei beidseitig gespeisten Hochspannungsleitungen erfolgt die Lokalisierung unter Verwendung der Aufzeichnungen beider Ausgangsstromschutzgeräte. Alle berechneten Daten werden in einer zentralen Datenbank gespeichert, über die anschließend eine statistische Auswertung der überwachten Indikatoren erfolgt.
BESCHREIBUNG DES FRA-SYSTEMS
Das FRA-System wurde als modulare Plattform konzipiert, die aus Funktionsblöcken und Einheiten besteht, die als eine autonome Einheit betrieben werden können. Gleichzeitig lassen sich ausgewählte Komponenten leicht in komplexe Datenerfassungs- und Leitwagensysteme für Verteilungsnetze integrieren. In das FRA-System kann jeder beliebige VHV- oder HV-Ausgangsschutz integriert werden, der Aufzeichnungen im COMTRADE-Format (oder einem anderen dokumentierten Standard, für den eine Importfunktion entwickelt werden könnte) und deren Download gemäß den Protokollen IEC 61850, IEC 60870-5-104, FTP oder SFTP ermöglicht oder über einen Datenspeicher (z. B. unter Verwendung zusätzlicher Hardware oder Software des Herstellers des Schutzes selbst) übertragen werden können. Zur Zentralisierung der Aufzeichnungen auf der Ebene der Schaltanlage wurden neue Funktionen für die Kommunikationskarten der RTU7M-Einheiten entwickelt, die nun in der Lage sind, Aufzeichnungen von Dutzenden von Schutzgeräten in der Schaltanlage gemäß dem Protokoll IEC 61850 herunterzuladen und diese dann an das FRA-System weiterzuleiten, und zwar in einer Weise, die die verfügbare Kommunikationsinfrastruktur ermöglicht und gleichzeitig die Anforderungen an die Cybersicherheit erfüllt.
Zu den grundlegenden Funktionen des FRA-Systems gehören derzeit:
- Automatisches Herunterladen von Fehlermeldungen und deren Zentralisierung
- Automatische Analyse der Fehlermeldungen zu folgenden Zwecken:
- Lokalisierung von Fehlern an beidseitig gespeisten Hochspannungsleitungen
- Trennung von Ereignissen und Schätzung der charakteristischen Fehlerparameter
- Statistiken zur Quantifizierung des Risikos von Stromunfällen
- Erfassung und Auswertung der tatsächlichen Kurzschlussströme
- Erstellung einer Störungsmeldung
- Erfassung von Spannungsereignissen
- Bewertung des Ausfallrisikos
- Erfassung der von der Störung betroffenen Elemente
- Schätzung der Erdströme aller Kurzschlusstypen (Reststrom ZS)
Die Lokalisierung von Störungen an beidseitig gespeisten Hochspannungsleitungen umfasst auch:
- Korrektur des Einflusses des Fehlerlichtbogens bei LN-Kurzschlüssen (Schätzung des Synchronisationswinkels)
- Eliminierung der Notwendigkeit der Kenntnis der nicht rotierenden Komponenten für die Fehlerlokalisierung
- Berechnung der relativen Entfernung für beidseitig gespeiste Leitungen auf der Grundlage eines numerischen Modells der betroffenen Leitung
- Möglichkeit der Berücksichtigung von Inhomogenitäten der Leitung (wird in Zukunft implementiert)
Die Erfassung und Auswertung der tatsächlichen Kurzschlussströme umfasst auch:
- Erstellung einer Störungsmeldung
- Erfassung der von der Störung betroffenen Elemente (Überwachung der Schalter bis zum Ausfall)
- Erfassung der Häufigkeit des Auslösens/Einschaltens von Kurzschlussfehlern durch Ausgangsstromschutzschalter
- Statistiken zur Fehlerbehebung
Ausführlichere Informationen finden Sie in den folgenden Dokumenten:
Präsentation der Webschnittstelle des FRA-Systems
Prezentace webového rozhraní systému FRA – modul statistiky
Systemkomponenten und Lizenzierung
Um das Herunterladen von Daten aus den Schutzvorrichtungen an den Verteilerstationen zu gewährleisten, kann ein geeignetes RTU7M-Set von ELVAC erworben werden, beispielsweise in der Version RTU7MC3 oder einer anderen Ausführung, die hinsichtlich der Versorgungsspannungen sowie der Anzahl und Art der Kommunikationsschnittstellen den Anforderungen entspricht.
Die Lizenzierung des FRA-Systems basiert auf einer Basislizenz für den Server und Lizenzen für die angeschlossenen Geräte, die Fehlermeldungen (Schutzvorrichtungen) entsprechend ihrer tatsächlichen Anzahl liefern. Die FRA-Software bietet eine Webschnittstelle für normale Benutzer, ein Verwaltungstool (MS Windows-Anwendung) für die Konfiguration und Wartung des Systems sowie eine Integrations-API für die Verbindung mit anderen vom Netzbetreiber verwendeten SW-Systemen.
Das FRA-System wurde mit Unterstützung der TAČR im Rahmen des Programms Théta (TK04020230) entwickelt und ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen ELVAC SOLUTIONS s.r.o. und der Technischen Universität Brünn. Die Produktlizenz wird von ELVAC SOLUTIONS s.r.o. bereitgestellt. ELVAC a.s. hat das FRA-System in sein Portfolio an Systemen für die Energiewirtschaft aufgenommen, wo es andere angebotene Produkte und Lösungen sinnvoll ergänzt.
