Testowanie zabezpieczeń
Zabezpieczenia odgrywają kluczową rolę w nowoczesnych systemach energetycznych. Muszą więc zawsze pracować niezawodnie. Wyłącznie prawidłowo funkcjonujące zabezpieczenia chronią Twoje urządzenia pierwotne przed uszkodzeniem i przyczyniają się do niezawodnej pracy sieci energetycznej. Dlatego też zabezpieczenia muszą przechodzić testy przez cały swój cykl życiowy – od etapu rozwoju i produkcji, poprzez przekazanie do eksploatacji, po regularne serwisowanie w trakcie eksploatacji.
Wyzwania związane z testowaniem zabezpieczeń
Trzy konsekwencje rozwoju powodują obecnie znaczący wzrost liczby urządzeń wymagających testowania i dla wielu przedsiębiorstw stanowi to poważne wyzwanie:
Gwałtownie rosnące zapotrzebowanie na energię
Aktualne prognozy wskazują, że w nadchodzących dziesięcioleciach zapotrzebowanie na energię elektryczną nadal będzie znacząco rosnąć. Najważniejszymi czynnikami napędzającymi ten wzrost są pompy ciepła, elektromobilność i większe zapotrzebowanie na energię ze strony użytkowników przemysłowych. Istniejące linie energetyczne i stacje nie mogą już podołać temu zapotrzebowaniu; sieć musi być rozbudowywana. Dla przedsiębiorstw oznacza to wiele nowych projektów, dużych inwestycji i, ogólnie, duże obciążenie.
Rosnąca złożoność sieci
Integracja zdecentralizowanych instalacji wytwarzających energię zwiększa złożoność sieci i stanowi dodatkowe wyzwanie dla przedsiębiorstw. Stacje muszą być modernizowane, a technologie takie jak IEC 61850 są używane w coraz szerszym zakresie, by opanować tę złożoność i uzyskać niezbędną elastyczność.
Transformacja cyfrowa
Inżynierowie zajmujący się zabezpieczeniami stykają się z nowymi typami i funkcjami urządzeń zabezpieczających, których istnienie jest możliwe dzięki transformacji cyfrowej. Teraz inżynierowie muszą opanować nie tylko prowadzenie testów w stacjach konwencjonalnych, lecz również w środowiskach zgodnych z normą IEC-61850. Dodatkowo, aktualizacje firmware‘u w celu zapewnienia bezpieczeństwa cybernetycznego są częstsze, co oznacza, że odstępy pomiędzy kolejnymi testami zabezpieczeń mogą ulegać skróceniu.
W efekcie tego dodatkowego zapotrzebowania, specjaliści są wysoce poszukiwani, zarówno w zakładach energetycznych, jak i wśród dostawców usług i obecnie trudno ich zdobyć. Skuteczne testowanie jest więc ważniejsze niż kiedykolwiek wcześniej. Nasze rozwiązania z zakresu testowania zabezpieczeń pomogą Ci w opanowaniu wyzwań związanych z testowaniem przekaźników i innych urządzeń, a także w tworzeniu raportów z testów w najlepszy możliwy sposób.
Korzystaj z naszych rozwiązań z zakresu testowania zabezpieczeń, by przeprowadzać testy:
Aktualne trendy w testowaniu zabezpieczeń
Elastyczność względem wszystkich generacji przekaźników
Wielu inżynierów zajmujących się zabezpieczeniami w ramach swoich codziennych obowiązków musi testować zabezpieczenia wszystkich generacji. Podczas gdy elektromechaniczne i analogowe zabezpieczenia nadal są w użyciu, powoli rozpędu nabierają projekty stacji w pełni cyfrowych. Każdy typ przekaźnika wymaga innych funkcji od testera zabezpieczeń.
Elastyczny tester z kilkoma wyjściami prądowymi i napięciowymi, a także niezbędną mocą, stanowi zatem warunek wstępny dla wydajnego testowania zabezpieczeń. Dodatkowe wyzwanie stanowi duża ilość różnych funkcji w przekaźnikach zabezpieczeniowych. W wielu przypadkach nasze wyrafinowane rozwiązania testujące pozwalają na uniknięcie konieczności dezaktywacji funkcji przekaźnika w celu przeprowadzenia testu. Oferujemy również opcje testowania całego systemu zabezpieczeń, umożliwiające sprawdzenie, czy dana koncepcja zabezpieczenia działa jako całość.
IEC 61850: Gotowość na cyfrową przyszłość
Standard IEC 61850 jest obecnie uznanym standardem komunikacji dla stacji w systemach elektroenergetycznych. Dzięki użyciu standaryzowanych protokołów takich jak GOOSE, Sampled Values i MMS, urządzenia i systemy mogą płynnie wymieniać dane, polecenia i mierzone wartości. Po podłączeniu do wspólnej sieci, urządzenia różnych producentów mogą więc bezpośrednio komunikować się ze sobą. W przypadku przesyłanych „drutowo” sygnałów binarnych żadne dodatkowe działania nie są wymagane, a system w razie potrzeby może zostać łatwo skonfigurowany ponownie. Standaryzacja zgodna z IEC 61850 ułatwia również wykonywanie zaplanowanych testów serwisowych. Podczas wdrażania w pełni cyfrowych stacji, niemal niemożliwe jest uniknięcie zetknięcia z tą normą.
Jako pionierzy w zakresie standardu IEC 61850, firma OMICRON od ponad 20 lat oferuje rozwiązania dla testowania stacji hybrydowych i w pełni cyfrowych. Nasze rozwiązanie pozwala na łatwą i bezbłędną integrację IEC 61850 z istniejącymi szablonami testowymi przeznaczonymi do przekaźników konwencjonalnych. Testowanie staje się jeszcze bardziej wydajne dzięki zmniejszonej potrzebie wykonywania połączeń.
Wyzwania związane z energią odnawialną
Zwiększający się udział energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych w koszyku energetycznym sprawia, że przedsiębiorstwa stają przed nowymi wyzwaniami. Warunki ramowe wyznaczają obecnie zjawiska takie jak generacja w systemie rozproszonym, dwukierunkowe przepływy obciążenia i większa liczba jednostek mających swój udział w rynku energii. Ten wzrost złożoności wymaga bardziej zaawansowanych koncepcji zabezpieczeń, a tym samym bardziej wyrafinowanych możliwości testowych wykorzystywanych testerów.
Standaryzowane i zautomatyzowane metody testowe ułatwiają przeprowadzanie niezbędnych testów parametrów na poszczególnych elementach zabezpieczeń. Dzięki temu zarządzanie rosnącą liczbą testów staje się prostsze. Jednakże, aby zagwarantować stabilność i niezawodność całego systemu zabezpieczeń, kluczowe stały się dodatkowe testy systemowe. Umożliwiają one uwzględnianie nawet złożonych interakcji w obrębie systemów zabezpieczeń, znacząco podwyższając jakość testów.
Testowanie przekaźników zabezpieczeniowych opartych na fali wędrującej
Odnawialne zasoby energetyczne stanowią kolejne wyzwanie w tym sensie, że podłączenie ich do istniejących sieci zmniejsza inercję układu i obciążalność zwarciową całego systemu. Powoduje to wywieranie coraz większej presji na system zabezpieczeń, który musi być zdolny do jak najszybszego usuwania zwarć. Przekaźniki zabezpieczeniowe fali bieżącej stanowią idealne rozwiązanie, ponieważ obecnie oferują najszybsze czasy zadziałania, zwiększając tym samym stabilność systemu. Dodatkowo ich zdolność do precyzyjnej lokalizacji zwarcia minimalizuje czas przestoju, ponieważ serwis może szybciej znaleźć i usunąć uszkodzenie.
Największą wadę tego typu przekaźników stanowiło testowanie ich funkcji, które było skomplikowane i czasochłonne. Zajęliśmy się tym problemem i opracowaliśmy odpowiednie rozwiązanie testujące – przystawkę TWX1. Jest to pierwsze na świecie rozwiązanie umożliwiające sprawne uruchomienia zabezpieczeń opartych na fali wędrującej, a następnie testowanie ich w ramach prac serwisowych.
Testowanie zabezpieczeń z wejściami niskosygnałowymi
W związku z tym, że zabezpieczenie i urządzenia pierwotne w stacjach średniego napięcia znajdują się blisko siebie, cyfrowe zabezpieczenia mogą być używane w połączeniu z przekładnikami małej mocy (LPIT).
OMICRON oferuje również przystawkę LLX1, która umożliwia łatwe testowanie przekaźników z wejściami czujnikowymi. LLX1 symuluje czujniki prądu i napięcia, takie jak dzielniki napięcia, cewki Rogowskiego czy przekładniki prądowe małej mocy i udostępnia sygnał testowy na wyjściach niskosygnałowych.
Pytania o testowanie zabezpieczeń
Dlaczego trzeba testować zabezpieczenia?
Główną funkcją zabezpieczenia jest jak najszybsze wykrywanie zwarć i przeciążeń po stronie pierwotnej i selektywne izolowanie urządzeń, lub całych części sieci dotkniętych problemem, od reszty sieci lub stacji za pomocą wyłączników. Chroni to ludzi i urządzenia, w których wystąpiły problemy lub urządzenia przyległe, utrzymuje przestoje na minimalnym poziomie i zapewnia wysoce niezawodne dostawy energii, jak również wysoką dostępność. Zwiększa to również opłacalność eksploatacji, ponieważ utrata wyposażenia i długotrwałe przestoje idą ręka w rękę z olbrzymimi kosztami. Aby upewnić się, że zabezpieczenia będą pracować poprawnie w przypadku awarii, muszą być one regularnie testowane, by sprawdzić, czy funkcjonują prawidłowo.
Czasy i interwały testowania zależą od specyficznych dla danego kraju regulacji prawnych, a także od indywidualnych strategii zdefiniowanych przez operatora systemu.
Kiedy należy testować zabezpieczenia?
Ogólnie rzecz ujmując, istnieją cztery fazy cyklu życia zabezpieczenia. Na każdym z tych etapów należy wykonywać testy różnego typu.
- Badania typu i fabryczne testy akceptacyjne na etapie produkcji i rozwoju w zakładach producenta przekaźnika
- Testy laboratoryjne, gdy planowane są nowe stacje
- Obiektowe testy akceptacyjne i uruchomieniowe w stacji
- Okresowe testy funkcjonalne i konserwacyjne, wykonywane na miejscu w trakcie eksploatacji
Warunki ramowe dla testów przeprowadzanych podczas uruchomień i regularnej konserwacji, do których muszą stosować się przedsiębiorstwa są określone w wytycznych krajowych, przygotowywanych na przykład przez Forum Netztechnik/Netzbetrieb (FNN) w Niemczech czy przez North American Electric Reliability Corporation (NERC) w USA.
Z kolei producenci zabezpieczeń muszą testować je zgodnie z, na przykład, normą IEC 60255, która określa reguły i wymagania względem zachowania przekaźników pomiarowych i urządzeń zabezpieczających.
Jak często należy testować zabezpieczenia?
Jest to pytanie, na które odpowiedzi może udzielić wyłącznie operator danego systemu, każdy przypadek rozpatrując indywidualnie. Odpowiedź ta będzie jednak w pewnym stopniu określona przez krajowe wytyczne i regulacje. Zasadniczo, po pierwszych testach uruchomieniowych zaleca się wykonywanie testów za każdym razem, gdy w systemie zabezpieczeń dochodzi do zmiany, na przykład takiej jak aktualizacja firmware‘u. Jednakże zabezpieczenia eksploatuje się przez długi czas i mogą się w nich pojawiać niewykryte zmiany. W celu wykrycia takich zmian należy odpowiednio zdefiniować interwały prac serwisowych i zakresy testów.
Podczas definiowania interwałów testów należy wziąć pod uwagę liczne czynniki, takie jak:
- Krytyczność zabezpieczanej części sieci dla ogólnego bezpieczeństwa dostaw energii
- Wiek i rodzaj zabezpieczenia
- Specyficzne dla danego kraju prawa, regulacje i wytyczne
- Liczbę dostępnych inżynierów zajmujących się zabezpieczeniami i poziom ich wyszkolenia
- Doświadczenie z określonymi typami urządzeń
Jako że te czynniki są zmienne, odstępy pomiędzy testami również mogą zmieniać się dynamicznie. Dlatego też należy przygotować jednorodną strategię testowania z dokumentacją, która jest zintegrowana z ogólnym systemem zarządzania jakością.
Co należy wziąć pod uwagę podczas testowania zabezpieczeń?
Podczas testowania zabezpieczeń najważniejszym priorytetem jest Twoje bezpieczeństwo. Przygotowując się do testowania zabezpieczeń, należy zastosować wszystkie właściwe środki bezpieczeństwa i ochrony przed przystąpieniem do testów.
Aspekty testowania zabezpieczeń
1. Ocena wzrokowa stanu przekaźnika
2. Weryfikacja połączeń po przekazaniu do eksploatacji lub po zmianie połączeń
3. Testowanie i dopasowywanie parametrów zabezpieczenia do wstępnie zdefiniowanych wymogów
4. Weryfikacja zestawu funkcji przekaźnika poprzez testowanie poszczególnych funkcji zabezpieczeniowych
5. Sprawdzanie, czy wartości czasów pobudzenia i zadziałania mieszczą się w określonych limitach
6. Weryfikacja zachowania przekaźnika z perspektywy systemowej
Jakie są zalety standardu IEC 61850?
Aby zrozumieć zalety IEC 61850, dobrze jest zaznajomić się z dwiema znaczącymi wadami stacji konwencjonalnych w porównaniu ze stacjami wykonanymi w standardzie IEC 61850. Po pierwsze, w stacji konwencjonalnej wszystkie urządzenia muszą być indywidualnie połączone z innymi podzespołami za pomocą kabli miedzianych. Po drugie, elementy wyposażenia wyprodukowane przez różnych producentów nie są zaprojektowane do bezpośredniego komunikowania się ze sobą.
W odróżnieniu od tego, dzięki IEC 61850 komunikacja pomiędzy urządzeniami odbywa się za pośrednictwem współdzielonej sieci Ethernet. Niezależny od producentów standard IEC 61850 stanowi podstawę dla komunikacji cyfrowej w sieci stacyjnej. Urządzenia i systemy różnych producentów mogą płynnie wymieniać dane, polecenia i mierzone wartości za pomocą zestawu standaryzowanych protokołów. W środowiskach zgodnych z IEC 61850 urządzenia IED (inteligentne urządzenia elektroniczne) są używane jako zabezpieczenia, automatyka i urządzenia sterujące.
Sampled Values są używane do transmitowania wartości analogowych systemu energetycznego, na przykład od przekładników prądowych i napięciowych, za pośrednictwem sieci cyfrowej. Informacje o stanie są wymieniane pomiędzy urządzeniami za pośrednictwem komunikatów GOOSE, a sygnały są transmitowane do systemu SCADA przy pomocy komunikacji klient/serwer (MMS).
Użycie IEC 61850 do komunikacji pomiędzy urządzeniami w stacjach i do komunikacji z centrum sterowania zmniejsza nakład pracy wymagany do przygotowywania połączeń. Dodatkowo, norma zapewnia elastyczny, niezależny od producentów i perspektywiczny fundament, który pomaga zwiększyć niezawodność, bezpieczeństwo i wydajność sieci energetycznej.
Czym jest kompleksowe testowanie zabezpieczeń (end-to-end)?
Podczas testów kompleksowych typu end-to-end, odcinek zabezpieczanej linii lub zabezpieczany obszar instalacji elektrycznej są testowane ze wszystkich stron jednocześnie. Kwestią kluczową jest, aby procedury testowe realizowane na wszystkich końcach były ze sobą zsynchronizowane. Testy mogą skupiać się na weryfikacji poszczególnych funkcji zabezpieczeniowych, a także na poprawnym zachowaniu systemu zabezpieczeń jako całości, gdy wykonywany jest systemowy test kompleksowy. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, czym różnią się od siebie te dwa podejścia do testów.
Studium przypadku testów kompleksowych (w języku angielskim)
Co powinno oferować rozwiązanie dla testów kompleksowych?
Największym wyzwaniem podczas testowania kompleksowego typu end-to-end jest koordynacja testów. Rozwiązania z zakresu testowania zabezpieczeń, które ułatwiają wykonanie testu i udokumentowanie wyników od jednej tylko strony znacząco zmniejszają złożoność testów i koszt ich obsługi. Wykonując systemowe testy kompleksowe przy użyciu oprogramowania RelaySimTest, możesz przeprowadzić cały test z jednego końca systemu i w dowolnym momencie dokonać poprawek, jeżeli okażą się konieczne podczas trwania próby.
W jaki sposób mogę przetestować zabezpieczenie oparte na fali wędrującej?
Zasadniczo, dotychczas nie wykonywało się testów funkcji zabezpieczeniowych fali bieżącej podczas przekazywania przekaźników do eksploatacji, ponieważ było to bardzo trudne. Firma OMICRON opracowała więc przystawkę TWX1, pierwsze na świecie rozwiązanie umożliwiające testowanie funkcji zabezpieczeniowych dla fali wędrującej w prosty sposób, nawet przy użyciu konwencjonalnych testerów zabezpieczeń.
Konfiguracja testu jest taka sama, jak w przypadku testu kompleksowego typu end-to-end, z dodatkiem dwóch urządzeń TWX1. Dzięki oprogramowaniu RelaySimTest, test może być następnie przeprowadzony od jednej strony, a wyniki są dokumentowane całkowicie automatycznie. W tym celu, do oprogramowania RelaySimTest wprowadza się dane systemu i linii. Pożądane scenariusze testowe definiuje się poprzez umieszczenie różnych typów zwarć w wybranych pozycjach na modelu systemu elektroenergetycznego. Następnie symulacja automatycznie oblicza sygnał przejściowy i impulsy fali bieżącej. Podczas wykonywania testu, tester CMC dostarcza sygnał przejściowy, a przystawka TWX1 nakłada trójfazowe impulsy napięciowe i prądowe fali bieżącej z dokładnością rzędu nanosekund. Generowany sygnał może być skutecznie używany do testowania zarówno zabezpieczenia fali bieżącej, jak i funkcji lokalizacji przekaźników zabezpieczeniowych fali bieżącej.
Łatwe testowanie przekaźników zabezpieczeniowych fali bieżącej (PDF, w języku angielskim)
Czym są badania typu zgodne z IEC 60255?
Rozległe badania typu przeprowadza się na etapie rozwijania i certyfikacji przekaźników zabezpieczeniowych. Umożliwiają one wykazanie, że dany przekaźnik jest zgodny ze specyfikacjami i normami, i że może być używany w instalacjach elektrycznych. W celu uproszczenia tych testów, oferujemy specjalne pakiety do badań typu dla normy IEC 60255, które obejmują większość aspektów zachowania przekaźnika. Możesz również łatwo zintegrować nasz system testujący ze swoim istniejącym już środowiskiem testowym, za pomocą otwartego interfejsu programowania aplikacji.
Badanie typu zgodnie z normą IEC 60255 (PDF, w języku angielskim)
Jakie istnieją podejścia do testów zabezpieczeń?
Można dokonać rozróżnienia pomiędzy podejściem do testowania zabezpieczeń opartym na parametrach (obecnie jest to dominujące podejście), a innowacyjnym podejściem systemowym. Ponadto, można wyróżnić ręczne i automatyczne wykonywanie testów.
Systemowe testowanie zabezpieczeń może być stosowane do weryfikowania, przy minimalnym wysiłku, czy poszczególne komponenty systemu zabezpieczeń zachowują się prawidłowo jako grupa w przypadku zwarcia. To podejście umożliwia wykrywanie ukrytych błędów w ustawieniach, logice i projekcie systemu zabezpieczeń, bez względu na typ przekaźnika i jego producenta. Oprogramowanie RelaySimTest zapewnia narzędzia niezbędne to optymalnego przygotowania i przeprowadzenia testów systemowych.
Testy zabezpieczeń oparte na ustawieniach są skoncentrowane na funkcjach zabezpieczeniowych i związanych z nimi wartościach ustawień poszczególnych zabezpieczeń. Nowoczesne zabezpieczenia oferują tysiące ustawień. Z tego względu testy zautomatyzowane mają znaczną przewagę nad ręcznymi. Oprogramowanie Test Universe oferuje szeroką gamę opcji w zakresie standaryzacji i automatyzacji, włącznie z całkowicie automatycznym tworzeniem raportów z testów. Z pomocą planów testów, masz możliwość przeprowadzania testów z maksymalną wydajnością. W połączeniu z ogromnym zakresem funkcyjnym, nasze oprogramowanie do testowania zapewnia również elastyczność niezbędną przy szczegółowym badaniu zabezpieczeń i innych urządzeń wtórnych.
Podejścia do testów
- Systemowe testowanie zabezpieczeń: RelaySimTest
- Testowanie zabezpieczeń oparte o parametry: Test Universe
W jaki sposób mogę zautomatyzować testowanie zabezpieczeń?
Automatyzacja to termin, który często jest używany nieco przedwcześnie, zwłaszcza w przypadku testowania zabezpieczeń. W rzeczywistości inżynierowie zajmujący się zabezpieczeniami mają do czynienia z urządzeniami od różnych producentów, co znacznie utrudnia automatyzację procedur testowych. W niektórych przypadkach dostawcy mówią o automatyzacji, podczas gdy ich rozwiązanie automatyzuje jedynie poszczególne elementy testów zabezpieczeń. Dlatego też zaleca się zachowanie ostrożności.
Aby osiągnąć wysoki stopień automatyzacji testowania zabezpieczeń, potrzeba zarówno dających się zaadaptować szablonów testów dla zabezpieczeń różnych producentów, jak i możliwości elastycznego łączenia poszczególnych modułów testowych w planach testów. Wydajność można podnieść jeszcze bardziej, definiując jednorodne standardy dla testów zabezpieczeń. W pełni zautomatyzowana dokumentacja wyników testów również zalicza się do podstawowych wymagań, ponieważ ręczne tworzenie dokumentacji wiąże się ze znaczącymi nakładami pracy. Nasza biblioteka Protection Testing Library (PTL), a także OMICRON Control Center (OCC) umożliwiają użycie procedur testowych, które są indywidualnie dostosowane do Twoich potrzeb i mogą być realizowane niemal w pełni automatycznie. W porównaniu do ręcznego testowania zabezpieczeń, nakład pracy można obniżyć nawet o 80 procent.
Dostępne szablony testów
Skontaktuj się z nami
Skontaktuj się z nami
Z jakimi problemami się mierzysz? Jeżeli masz konkretne pytania związane z wyzwaniami, które przed Tobą stoją, z radością udzielimy Ci indywidualnej porady.