TAGUNGS­MONAT JUNI

Der Juni 2017 war dicht gefüllt mit Tagungen und Konferenzen zur Schutztechnik. Wir fassen für Sie die aktuellen Schutztechnik-Herausforderungen und -Trends von der OMICRON Anwendertagung in Friedrichshafen/D, der MEGGER-Tagung in Fulda/D und der PAC World Conference in Wrocław/PL zusammen und führen beispielhaft Titel der Beiträge an.

von Peter Schitz Datum 18.09.2017

Allgemein

OMICRON Anwendertagung

Den Anfang machte vom 30. Mai bis 1. Juni OMICRON electronics mit der jährlich stattfindenden Anwendertagung (AWT), diesmal im Graf-Zeppelin-Haus in Friedrichshafen. WesentlicheSchwerpunkte waren:

WANDLER UND WANDLERKREISE

Der Schutztechniker-Zuständigkeitsbereich beginnt bei den Strom- und Spannungswandlern. Die Beiträge der AWT zeigten häufig auftretende Probleme und Fehlermöglichkeiten auf und präsentierten adäquate Prüfmöglichkeiten.

  • Remanenz (M. Freiburg, R. Luxenburger/ OMICRON) 
  • Falsche Wandlerverdrahtung/Schutzgerätebeschaltung (T. Frey/Alpiq EnerTrans) 
  • Verdrahtungsprüfung von Wandlerverdrahtung Ulrich Klapper/OMICRON) Abb. 1
  • Einbau von Strom- und Spannungswandlern (K. Hinz/VDE Region Nord, W. Schossig/VDE Thürigen)
  • Messkreisüberwachung (U. Bockwinkel/ Stromnetz Berlin)

Abb. 1 Beispiel: Prüfung der korrekten Wandlererdung [1]

IEC 61850

Zu IEC 61850 wurden praktische Anwendungen bzw. aktuelle Implementierungen der Hersteller vorgestellt. Ein Detail ist die Anbindung von merging units (MU) an die Schutz- und Leittechnik über IEC 61850 (Abb. 2) - Stichwort: sampled measuring values (SMV). Grundlegend für die korrekte Funktion ist die Zeitsynchronisation. Das Protokoll NTP mit einer Genauigkeit von 1,0-10 ms wird für die neuen Technologien durch PTP nach IEEE 1588 mit einer Genauigkeit von 1,0 ms abgelöst. Berichte dazu waren u. a.:

  • Zeitsynchronisation von Schutzgeräten (W. Schenk/OMICRON)
  • Effizienter Ablauf von Funktionsprüfungen von Schutz- und Automatisierungssystemen(D. Ebbinghaus/ABB, F. Fink/OMICRON)
  • IEC 61850 Verifikation und Supervision von Kommunikationssystemen (T. Schossig, F. Steinhauser/OMICRON)

 

 

Abb. 2 Vergleich Aufbau mit konventionellen Wandlern zu elektronischer Signalgenerierung und -übertragung [2]

PRÜFUNGEN VON SCHUTZSYSTEMEN

Hier geht der Trend aufgrund der komplexer werdenden Schutzkonfigurationen in Richtung simulationsbasiertes Prüfen von Schutzsystemen. Manche Schutzalgorithmen sind mit rein statischen Prüfsignalen gar nicht testbar und erfordern zumindest eine programmierte Prüfsequenz oder das Abspielen von COMTRADE-Dateien.

  • Neue Möglichkeiten zur Prüfung von Erdschluss-Wischer-Relais (G. Druml/Sprecher Automation)
  • Auslegung und Prüfung von Erdschlussortungssystemen in einem Industrienetz mit RelaySimTest (OMICRON und Omexom GASüd)
  • IEC 61850 - Simulation von IEDs (T. Schossig, A. Klien/OMICRON)
  • Systembasierte Prüfung eines Erdschluss und Kurzschlussanzeigers EOR-3D mit RelaySimTest (G. Kaufmann/A. Eberle, F. Fink/ OMICRON)

 

MEGGER Mittelspannungs-Fachtagung

NEUARTIGE MITTELSPANNUNGSVERSORGUNGEN

Vom 6. - 8. Juni fand die MEGGER Mittelspannungs-Fachtagung in Fulda statt. Hier war der erste Tag der Mittelspannungstechnik im Allgemeinen, aber auch der Schutztechnik gewidmet. Eindrucksvoll war der erste Vortrag über Mittelspannungsversorgung mit Gleichstrom, der eine völlige neue Möglichkeit der Mittelspannungs-Energieverteilung aufzeigte.

  • Mittelspannungsversorgung mit Gleichstrom (K. Rethmeier, FH Kiel)
  • Systemwartung von Mittelspannungsschaltanlagen(M. Frangen/Elektro Koopmann)
  • Teilentladungsmessung an Schaltanlagen und Kabeln im laufenden Betrieb (H. Putter/MEGGER)

WANDLERPRÜFUNGEN UND SCHUTZ-ENGINEERING

Einige der bereits genannten Themen kamen auch hier vor und unterstrichen die Wichtigkeit von gründlicher Planung und Prüfung: 

  • Effizientes Prüfen von Wandlern (H. Däumling, Ritz International)
  • Übergabeschutz (T. Weber, Schneider Electric)

ERDSCHLUSSORTUNG KOMPLETT

Um v. a. in kompensierten Netzen zuverlässigere Erdschlusserfassungsfunktionen anbieten zu können, werden nach wie vor neue Algorithmen entwickelt und die Kombination mit herkömmlichen Funktionen ermöglicht. EinigeHersteller gehen den Weg, für möglichst viele Anwendungsfälle die optimalen Erdschlussortungsmethoden in einem Gerät anzubieten. Ein Beispiel wurde im folgenden Vortrag gezeigt:

  • Erdschlussortung (T. Liebach / Siemens)

 

Die PAC World Conference

fand vom 27. - 29. Juni an der Technischen Universität in Wroclaw/Polen mit, wie gewohnt,technisch sehr anspruchsvollen Inhalten statt. Hier ist Alex Apostolov für seinen Einsatz zu danken, so viele sehr engagierte Schutztechniker und Entwickler zusammenzubringen. Der Fokus lag auch hier darauf, umfangreich über IEC-61850-Herausforderungen und -lösungen zu informieren, die SMV-Technologie voranzutreiben und neue Wege in der Schutztechnik wie z. B. die Nutzung der Wanderwellen-Technologie vorzustellen.
Eine Auflistung aller Vorträge ist unter conference.pacw.org/conference zu finden.

INTERESSANTES ZU IEC 61850

Da IEC 61850 bei dieser Konferenz viel Platz erhielt, hier eine kurze Sammlung der IEC-61850-Schwerpunkte:

  • Digital-Substation-Pilotprojekte
  • Adaptive Schutzgeräteeinstellungen
  • Möglichkeiten/Tools für umfangreiche Statistik-Datenanalyse von IEC 61850 bei Datenfehlern/Gerätestörungen
  • Schutzgeräte-unabhängige Software für das vollständige Aufsetzen von IEC-61850-Projekten
  • PTP-Zeitsynchronisation
  • SMV-Geschichte und -Anwendungen

Der folgende Beitrag zu IEC 61850 ist aus unserer Sicht hervorzuheben: Abb. 3

Abb. 3 Mögliche Hacker-Attacke in einer Station [4]

CYBER SECURITY IN DER SCHUTZTECHNIK

In einem Vortrag wurden die Auswirkungen von Hacker-Angriffen analysiert [3]; entsprechende Sicherheitsvorkehrungen mittels digitaler Signatur für R-GOOSE- und R-SV-Nachrichten wurden generell bereits in IEC/TR 61850-90-5 definiert.
Ohne Sicherheitsmaßnahmen besteht die Möglichkeit, mit einer Malware innerhalb einer Station eine falsche IED, also einen Fake-Teilnehmer, zu simulieren. Mit dieser lassen sich falsche GOOSE-, Remote (R)-GOOSE-, SV oder R-SV-Signale absetzen, die den Status anderer IED verändern. D. h., es ist damit möglich, in einer Station falsche Kommandos zu versenden und z. B. unerlaubt Schaltelemente zu betätigen.
Der Bericht zeigte wirksame Verschlüsselungsmethoden und beispielhaft die dabei entstehenden geringen Verzögerungen für die Ver- und Entschlüsselung von 2 x 14 ms [4].

WANDERWELLEN

Die Wanderwellen-Technologie wird z. B. von SEL seit 10 Jahren für Leitungsschutz-Relais eingesetzt und verspricht Auslösezeiten im einstelligen ms-Bereich. Diverse Beiträge haben über diese Technologie informiert:

  • Wanderwellen-basierte Detektion von beginnenden Fehlern in Verteilungsnetzen (Power Research Institute, China; Tsinghua University, China)
  • Wanderwellen-basierte Fehlerortung (Université Libre de Bruxelles, Belgium)
  • Wanderwellen-basierter Leitungsdifferentialschutz (Schweitzer Engineering Laboratories ,Inc., USA)
  • Neue Erdfehlerortungs-Technologie für kompensierte Netze (G. Druml/Sprecher Automation & Co-Autoren)

ZENTRALER SCHUTZ- UND STEUER-PC

Einige Beiträge widmeten sich der logischen Folge von SMV mit dezentralen Einheiten: Schutz- und Steuer-Schutz-Applikationen auf zentralen, redundanten Rechnern (Abb. 4). Hier gibt es dezentral nur mehr die Messwerterfassung mit elektronischen Wandlern und Schalterelemente mit IEC-61850-Anbindung. Alle Schutzalgorithmen laufen als Applikationen auf hochwertigen, redundant aufgebauten Rechnern.

 

 

 

Abb. 4 Dezentraler Aufbau mit IEDs und redundanter Stationsbus-Kommunikation im Vergleich zu zentralem Aufbau mit redundanten Schutz-/Steuer-Rechnern ohne IEDs - in Anlehnung an [5]

RESÜMEE

Generell ist eine Zunahme an Präsentationen und Publikationen der Gerätehersteller zum Thema Signal- und besonders Messwertübertragung via IEC 61850 bemerkbar. Bei den Tagungen wurden die Vorteile des wesentlich geringeren und somit kostengünstigeren Verkabelungsaufwands hervorgehoben und ausgereifte Testmöglichkeiten präsentiert.

Gleichzeitig gehen die Anwender bei einer großflächigen Ausweitung von SMV auf der Mittelspannungsebene von einem erhöhten Instandhaltungsaufwand aus, verursacht durch die höhere Ausfallsrate bei der sich ständig ausweitenden Anzahl an elektronischen Komponenten in einem System. Ein weiterer Trend ist die Zentralisierung der Schutztechnik in redundanten Rechnern. Entwickler sprechen von einer Zukunft, in der, vereinfacht gesagt, nur mehr Schutz-Apps auf Computern laufen und diese bei Ausfall der Hardware einfach zu kopieren sind.
Bei der Erfassung von Erdschlüssen gibt es nach wie vor Innovationen der Schutzgerätehersteller: wanderwellenbasierte Systeme, höhere Abtastraten und die Kombination mehrerer Erdschlusserfassungsfunktionen.
Wanderwellenbasierte Systeme werden auch für Leitungsschutz-Anwendungen angeboten. Eine Studie zeigt Abhilfe bei Hacker-Angriffen in IEC-61850-Netzwerken mit bereits verfügbaren Verschlüsselungsmethoden. Die generellen Sicherheitsanforderungen für R-GOOSE and R-SV messages sind bereits in IEC/TR 61850-90-5 definiert. Bei den Sekundärprüfungen geht der Trend verstärkt in Richtung simulationsbasierter Ausgabe von Prüfgrößen. Bei SMV-Anwendungen wird auch die Prüfung mittels Generierung von sampled values und Triggerung via IEC-61850-Signalen durchgeführt.

Quellen

1 U. Klapper/OMICRON electronicsGmbH, Austria, Verdrahtungsprüfung von Wandlerverdrahtung, OMICRON Anwendertagung 2017
2 D. Ebbinghaus/ABB Germany, F. Fink/OMICRON electronics GmbH, Austria, Messwertübertragung via IEC61850 sampled values (SV)/sampledmeasuring values (SMV), OMICRON Anwendertagung 2017
3 D. E. Whitehead, K. Owens, D. Gammel, J. Smith/Schweitzer Engineering Laboratories, Inc., USA, Ukraine Cyber-Induced PowerOutage: Analysis and Practical Mitigation Strategies
4 J.-R. Schuler, P. Favre-Perroz/University of Applied Science of Fribourg, Switzerland, IEC-61850, Inter-substation communication : Optimal signed-crypted R-GOOSE and R-Sampled Values onIP-Multicast networks, PAC World Conference 2017
5 K.-P. Brand/ABB Switzerland Ltd, Multi-Functional IEDs and Process Bus, the Direct Path to Centralized Substation Protectionand Control, PAC World Conference 2017

 

 

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