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Die Erfindung bezieht sich auf die Elektrizitätswirtschaft. Es kann bei der Entwicklung von neuen und bei der Nachrüstung von bestehenden, elektrischen Unterwerken gemäß dem Konzept des digitalen Unterwerks angewendet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind technische Lösungen zur Anwendung von Mikrorechnern und Mikrosteuerungen in Steuerwerken, zur Überwachung und zum Schutz der Schaltfelder, darunter der Schutzgasschaltfelder, bekannt, die in modernen Hochspannungsunterwerken installiert werden:
- – Mikroprozessorsystem für den Relaisschutz von Schalteinheiten mit SF6-Isolation (Schutzgasisolation) und Steuerung des Streckenschalters, s. Kleinpatent RU 56679, IPC G06F 15/16, Prioritätsdatum 20,04.06, Veröffentlichungsdatum 10.09.06;
- – Digital control apparatus for gas insulated switchgear, s. Patent KR 20040061776 , IPC H02B13/035, Prioritätsdatum 31.12.2002, Veröffentlichungsdatum 07.07.2004;
- – Control and monitoring apparatus for gas insulated switchgear, s. Patent KR 20090085928 , IPC G08B21100, H02B13/025, Prioritätsdatum 02.05.2008, Veröffentlichungsdatum 08.10.2009;
- – Control system for gas insulated switchgear, s. Patent JP 7177623 , IPC H02B1124, Prioritätsdatum 12.21.1993, Veröffentlichungsdatum 14.07.1995;
- – Controller for gas insulated metal enclosed switchgear, s. Kleinpatent CN 201018218 , IPC H02B13/035, Prioritätsdatum 02.02.2007, Veröffentlichungsdatum 02.06.2008.
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Die zuletzt genannte, technische Lösung gilt als Prototyp.
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Die Prototypeinrichtung enthält zwei miteinander verbundene Steuerungen. Die erste Steuerung ist mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm und Modulen zum Anschluss der Geber und der Steuerungsmittel der Schaltfelder verbunden. Die zweite Steuerung ist mit Mitteln zur Verknüpfung mit externen Einrichtungen versehen. Die erste Steuerung dient zur Verwaltung und Überwachung der Schaltfelder. Die zweite Steuerung wird zur Kommunikation mit externen Einrichtungen verwendet. Die Verknüpfung der Elemente der Prototypeinrichtung erfolgt über eine serielle Schnittstelle RS232.
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Um die drahtgebundene Montage zu vereinfachen, die Zuverlässigkeit zu steigern, die Kompatibilität (die Fähigkeit zur Wechselwirkung über eine offene Schnittstelle) und die Austauschbarkeit der Steuerungsgeräte verschiedener Produzenten sicherzustellen, ist kürzlich auf digitale Unterwerke gewechselt worden, das heißt, auf einen volldigitalen Datenaustausch innerhalb des elektrischen Unterwerks und nachfolgend mit Fernsteuerungszentren. Die Veranstaltungsgrundsätze für diesen Austausch sind im Satz der internationalen Normen IEC 61850 „Kommunikationssysteme und -netzwerke in Unterwerken” festgelegt. Diese Normen regeln zwei Leitungen für den netzwerkgebundenen Austausch über das Datenübertragungsprotokoll Ethernet.
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Eine Leitung, der so genannte Prozessbus, sorgt für einen schnellen Signalaustausch. Diese Signale bedürfen einer hochleistungsfähigen Verarbeitung. Der Prozessbus ist nach dem IEC-Protokoll 61850-9-2 genormt und wird zur Übertragung von digitalen Strom- und Spannungswerten sowie zur Übertragung der GOOSE-Meldungen des Relaisschutzes benutzt.
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Die andere Leitung wird Stationsbus genannt und stellt einen langsameren Datenaustausch sicher. Es handelt sich dabei um Daten, die keine hochleistungsfähige Verarbeitung voraussetzen. Der Stationsbus ist nach dem IEC-Protokoll 61850-8-1 genormt und wird zum Austausch von Daten und Befehlen zwischen dem gesamten System von Relaisschutz und Automation (RSA), der gesamten Anlage für automatisiertes System der Prozesssteuerung (CAM-System) der oberen Ebene des Unterwerks und unterschiedlichen, intelligenten, elektronischen Einrichtungen benutzt. Diese Einrichtungen sind dabei an den Prozessbus angeschlossen.
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Der Nachteil des Prototyps besteht darin, dass er keine Steuerung und Überwachung der Schalteinheit bei ihrer Anwendung als eine der intelligenten, elektronischen Einrichtungen des digitalen Unterwerks gemäß der internationalen Norm IEC 61850 sicherstellen kann.
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Der Gegenstand nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerungs- und Überwachungsmodul der Schalteinheit. Das Steuerungs- und Überwachungsmodul enthält:
- – eine erste Steuerung mit analogen und diskreten Ausgängen; diese Ausgänge dienen zum Anschluss an entsprechende Ausgänge von Zustandsgebern der Schalteinheit,
- – eine zweite Steuerung mit einem seriellen Anschluss und einem daran angeschlossenen, berührungsempfindlichen Bildschirm, und
- – eine dritte Steuerung mit diskreten Eingängen zur Verknüpfung mit Zustandsgebern der Schalteinheit sowie mit diskreten Ausgängen; die diskreten Ausgänge sind mit einem Relaissignal-Erzeuger zur Steuerung der Schalteinheit verbunden.
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Die erste Steuerung, die zweite Steuerung und die dritte Steuerung sind dabei untereinander mittels eines internen Lokaldatennetzes (LDN) verbunden. Die zweite Steuerung und die dritte Steuerung sind jeweils mit einem ersten Ethernet-Anschluss und einem zweiten gedoppelten Ethernet-Anschluss verbunden.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein digitales, elektrisches Unterwerk. Es enthält:
- – eine Schalteinheit mit Steuerungs- und Überwachungsmodulen nach Anspruch 1,
- – digitale Strom- und Spannungsgeber in Hauptstromkreise der Schaltfelder,
- – das erste LDN Ethernet und das zweite LDN Ethernet mit gedoppelten Leitungen und
- – ein komplexes CAM-System und eine RSA-Anlage, die mit Modulen zum Anschluss an die genannten Leitungen versehen sind.
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Die Leitungen des ersten LDN sind mit dem CAM-System und der komplexen RSA-Anlage verknüpft. An die Leitungen des zweiten LDN sind die komplexe RSA-Anlage, die Steuerungs- und Überwachungsmodule der Schalteinheiten und die Ausgänge der genannten, digitalen Geber angeschlossen. Dabei ist das Steuerungs- und Überwachungsmodul von mindestens einer Schalteinheit nach Anspruch 1 ausgebildet und mittels des ersten gedoppelten Ethernet-Anschlusses und des zweiten gedoppelten Ethernet-Anschlusses jeweils an die gedoppelten Leitungen des ersten LDNs und des zweiten LDNs angeschlossen.
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Der technische Effekt der Erfindung besteht in einer Leistungssteigerung der digitalen Verarbeitung und in einer erhöhten Zuverlässigkeit der Steuerung der Schalteinheit bei ihrer Verbindung mit anderen intelligenten elektronischen Einrichtungen des digitalen Unterwerks über eine gemäß der internationalen Norm IEC 61850 genormten Schnittstelle.
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Ein Schaltbild des Moduls gemäß der Erfindung ist 1 zu entnehmen, und ein Schaltbild des Unterwerks gemäß der Erfindung ist in 2 dargestellt.
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Das Modul enthält eine erste Steuerung 1, eine zweite Steuerung 2 und eine dritte Steuerung 3. Die Steuerung 1 ist mit analogen Eingängen 4 und diskreten Eingängen 5 für den Anschluss an entsprechende Ausgänge von Zustandsgebern der Schalteinheit 6 versehen. Die Steuerung 2 ist mit einem Serienanschluss 7 versehen, an den ein berührungsempfindlicher Bildschirm 8 angeschlossen ist. Die Steuerung 3 ist mit diskreten Eingängen 9 zur Verknüpfung mit den Zustandsgebern der Schalteinheit 6 und mit diskreten Ausgängen 10 verbunden. Daran ist ein Relaissignal-Erzeuger 11 zur Steuerung der Schalteinheit 6 angeschlossen. Die Steuerungen 1, 2 und 3 sind miteinander mittels eines internen, lokalen Datennetzes (LDN) 12 verbunden. Die Steuerungen 2 und 3 sind mit gedoppelten Ethernet-Anschlüssen versehen, und zwar die Steuerung 2 mit einem ersten gedoppelten Anschluss 13 und die Steuerung 3 mit einem zweiten gedoppelten Anschluss 14.
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Die Anschlüsse 13 und 14 sind für die Verknüpfung mit gedoppelten Kommunikationsleitungen eines digitalen Unterwerks, und zwar jeweils mit einem Stationsbus 15 und mit einem Prozessbus 16, vorgesehen.
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Die 2 enthält den Schaltplan des digitalen, elektrischen Unterwerks, in dem zwei Schalteinheiten 6 mit jeweils dem Modul 17 gemäß der Erfindung eingesetzt sind.
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Das Unterwerk enthält Schalteinheiten 6, die mit Modulen 17 ausgerüstet sind. Das Unterwerk enthält auch digitale Strom- und Spannungsgeber 18 der Hauptstromkreise der Schaltfelder, das erste LDN Ethernet mit gedoppelten Leitungen 15 und das zweite LDN Ethernet mit gedoppelten Leitungen 16 sowie ein gesamtes CAM-System 19 und eine RSA-Anlage 20. Das System 19 und die Anlage 20 sind mit Modulen 21 für den Anschluss der gedoppelten Ethernet-Leitungen versehen. Die Module 21 stellen den Anschluss des Systems 19 und der Anlage 20 an die Leitungen 15 (Stationsbus) und den Anschluss der Anlage 20 an die Leitungen 16 (Prozessbus) sicher. Die Ausgänge der Strom- und Spannungsgeber 18 sind ebenfalls an die Leitungen 16 angeschlossen. Die Module 17 der Schalteinheiten 6 sind mittels Anschlüssen 13 und 14 jeweils an die gedoppelten Leitungen 15 und 16 angeschlossen.
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Das Steuerungs- und Überwachungsmodul der Schalteinheit als Bestandteil des digitalen Unterwerks arbeitet folgendermaßen:
Die Steuerung 3 sorgt für die direkte Handhabung der Schaltgeräte der Schalteinheit über den Relaissignal-Erzeuger 11. Die Steuerung 3 empfängt die zur Ausführung der Steueralgorithmen erforderlichen Strom- und Spannungsdaten der Hauptstromkreise der Schaltfelder von digitalen Strom- und Spannungsgebern und die Not-Ausschaltbefehle von der RSA-Anlage. Diese Daten kommen über den Prozessbus 16 gemäß der IEC-Norm 61850-9-2. Die Informationen über den Zustand der Schaltgeräte empfängt die Steuerung 3 unmittelbar von der Schalteinheit 6 über ihre diskreten Eingänge 9 und von der Steuerung 1 über das interne Lokalnetz 12. Die Online-Steuerbefehle vom CAM-System des Unterwerks, die durch die Steuerung 2 über die Leitung 15 des Unterwerks gemäß der IEC-Norm 61850-8-1 empfangenen Befehle über gegenseitige Schaltsperrungen mit anderen Schalteinheiten werden ebenfalls über das interne Lokalnetz 12 an die Steuerung 3 übertragen.
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Die Steuerung 1 sammelt die Daten von allen Zustandsgebern der Schalteinheit (darunter auch von den Druckgebern im Schutzgasschaltfeld), sorgt für ihre temporäre Speicherung, bis sie an die übergeordnete Ebene weitergeleitet werden und führt die Algorithmen der Zustandsdiagnose der Schaltfelder aus. Die Steuerung 1 überträgt die empfangenen Daten sowie die Ergebnisse der Diagnose über das interne Datennetz 12 an die Steuerung 2. Die Steuerung 2 sendet diese Daten an die übergeordnete Ebene des CAM-Systems des Unterwerks über die Leitung 15.
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Die lokale Steuerung der Schalteinheit 6 des Schaltfelds sowie die Kontrolle des Steuerungs- und Überwachungsmoduls selbst erfolgt anhand des berührungsempfindlichen Bildschirms 8. Der Bildschirm 8 ist an den Anschluss 7 der Steuerung 2 angeschlossen. Dabei wird das interne Datennetz 12 für den Datenaustausch mit den Steuerungen 1 und 3 benutzt.
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Der Aufbau des Steuerungs- und Überwachungsmodul gemäß der Erfindung stellt die für das digitale Unterwerk erforderliche Bearbeitungsleistung und Steuersicherheit aufgrund der optimalen Funktionsverteilung zwischen den Steuerungen 1, 2 und 3 und aufgrund des digitalen Datenaustausches mit externen Einrichtungen über die gedoppelten Kommunikationsleitungen 15 und 16 sicher.
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Das digitale Unterwerk mit der mit dem Modul 17 versehenen Schalteinheit der Schaltfelder arbeitet folgendermaßen:
Der Geber 18 sendet die Strom- und Spannungswerte der Hauptstromkreise der Schaltfelder über die Leitung 16 an das Module 17 und die RSA-Anlage 20. Diese Daten werden benutzt, um die Steueralgorithmen und den Relaisschutz auszuführen.
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Das Modul 17 empfängt die Online-Steuerbefehle vom CAM-System 19 und die Befehle über gegenseitige Schaltsperrungen mit anderen Schalteinheiten von der RSA-Anlage 20 über die Leitung 15 des Unterwerks. Die gleiche Leitung wird für den Daten- und Befehlaustausch zwischen der RSA-Anlage 20, dem CAM-System 19 der übergeordneten Ebene des Unterwerks und anderen (in 2 nicht abgebildeten) intelligenten, elektronischen Einrichtungen benutzt, die an den Prozessbus 16 angeschlossen sind.
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Der Einsatz der Schalteinheiten 6 der mit den Modulen 17 versehenen Schaltfeldern als Bestandteil des digitalen Unterwerks erhöht dessen Steuersicherheit und Bedienungsfreundlichkeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 20040061776 [0002]
- KR 20090085928 [0002]
- JP 7177623 [0002]
- CN 201018218 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Normen IEC 61850 [0005]
- IEC-Protokoll 61850-9-2 [0006]
- IEC-Protokoll 61850-8-1 [0007]
- Norm IEC 61850 [0008]
- Norm IEC 61850 [0013]
- IEC-Norm 61850-9-2 [0019]
- IEC-Norm 61850-8-1 [0019]
