Käytönvalvonta- ja käytöntukijärjestelmä

Käytönvalvontajärjestelmä eli SCADA on verkon sydän yhdessä käytöntukijärjes-telmän eli DMS:n kanssa. Näitä edellä mainittuja järjestelmiä voidaan kutsua val-vomoautomaationa. SCADA toimii jakeluverkon prosessitietojärjestelmänä. SCA-DA:n tärkeimpiin tehtäviin kuulu jakeluverkon reaaliaikainen valvonta. Valvonnan alle lukeutuu monia toimintoja, joita ovat tapahtumatietojen hallinta, jakeluver-kon kytkinlaitteiden hallinta, kaukokäyttöyhteydet, mittaukset, kaukoasettelut sekä raportointi. SCADA esittää käyttöpäivityshenkilökunnalle reaalista mittausdataa sekä verkon komponenttien tilatietoja käyttöliittymän kautta. Prosessitietojärjes-telmän luonteen takia SCADA ei esitä verkkoa karttapohjan avulla, vaan verkko esitetään käyttöliittymässä prosessikaaviona, jossa ei ole paikkatietodataa. SCADA on yhdistetty modeemilla tietoliikenneverkkoon, jonka kautta se keskustelee verkon komponenttien kanssa. Tämän avulla kaukokäyttöisiä erottimia sekä johtolähtöjen katkaisijoita voidaan ohjata keskitetysti. Ohjauksien lisäksi käyttöliittymältä näh-dään reaaliset mittaustiedot esimerkiksi sähköaseman KJ-johtolähtöjen virrat ja kiskostojen jännitteet. Vianrajausautomaation myötä SCADA:an yhdistetään yhä enemmän verkon komponentteja. Mittausdata sekä kauko-ohjattavien erottimien määrä lisääntyy, mikä vuorostaan korostaa SCADA-järjestelmän tärkeyttä. Vianra-jausautomaation käyttöönotossa tulee varmistaa, että käytetty SCADA-järjestelmä tukee automaattista vianrajaustoimintoa. Yleisesti kyseinen lisäosa tai lisenssi tulee hankkia palveluntarjoajalta eli se ei välttämättä kuuluu järjestelmän oletustoimituk-seen.

Valvomoautomaation toinen tärkeä osa on käytöntukijärjestelmä eli DMS. DMS on ohjelmistokokonaisuus, joka on yhteydessä SCADA:an että muihin jakeluverk-koyhtiön järjestelmiin. DMS perimmäinen tarkoitus on tukea ja siten helpottaa verkon käyttöä. Verkostoautomaation tilatietojen ja käyttöhenkilöstön manuaalisten merkintöjen avulla voidaan esittää verkon reaaliaikainen tila karttapohjalla. DMS muodostaa karttapohjalle verkkotopologian erottimien tilojen mukaan eli miten ver-kon komponentit ovat yhdistetty toisiinsa. DMS saa verkkokomponenttien tiedot

verkkotietojärjestelmän eli NIS:n (Network Information System) tietokannasta. Esi-tysteknisen edun lisäksi DMS:llä voidaan hyödyntää komponenttikohtaisia arvoja ja suorittaa niiden perusteella vaativia verkon analysointilaskelmia, kuten esimerkiksi oikosulkuvirta- sekä jännitealenemalaskelmia.

Valvomoautomaatio on kriittinen osa verkon käyttöä ja sen takia järjestelmät ovat usein kahdennettu. Mikäli palvelin vikaantuu, se voidaan vaihtaa suoraan toimivaan palvelimeen. Lisäksi palvelimien virransyöttö on turvattu UPS-laitteilla (Uninterruptible Power Supply), jotta järjestelmät toimisivat sähkökatkon aikana.

SCADA-, DMS- ja NIS-järjestelmiä on markkinoilla useilta eri yrityksiltä. Suomes-sa käytetyimmät järjestelmät ovat esitetty taulukosSuomes-sa4[38]. Kuten edellä mainitusta taulukosta nähdään kaikki yritykset eivät tarjoa ratkaisua kaikkiin osa-alueisiin, vaan järjestelmistä voidaan valita sellainen, joka sopii kullekin verkkoyhtiölle ominai-suuksien ja hinnan perusteella olettaen, että järjestelmät toimivat yhdessä. Tässä diplomityössä keskitytään Nurmijärven Sähköverkolla käytössä oleviin järjestelmiin.

Nurmijärven Sähköverkolla on käytössä MicroSCADA Pro SYS600 käytönvalvonta-järjestelmänä, Trimble DMS käytöntukijärjestelmänä sekä Trimble NIS verkkotieto-järjestelmänä.

Taulukko 4: Suomessa eniten käytetyimmät järjestelmät ja niiden toimittajat [38].

Vihreällä Nurmijärven Sähköverkon käyttämät järjestelmät.

Toimittaja SCADA DMS NIS

ABB Power

Trimble Solutions Oy - Trimble DMS Trimble NIS

Siemens Oy SINAUT

Spectrum

Spectrum

Power DMS

-Tieto Oyj - - PowerGrid

Netcontrol Oy Netcon 3000 -

-Schneider Electric ADMS ADMS

-Vianrajausautomaatio voidaan toteuttaa esimerkiksi Hitachi ABB MicroSCA-DA:n ja Trimble DMS:n avulla. Toiminnan perusteena on luotettava yhteys ja moni-puolinen rajapinta SCADA:n sekä DMS:n välillä. Trimble DMS ja ABB MicroSCA-DA toteutuksessa SCAMicroSCA-DA on aloitteellinen osapuoli, jonka pyyntöihin Trimblen DMS vastaa. Vianrajausautomaatiossa hyödynnetään SCADA:n mittaustietoja sekä ohjausmahdollisuuksia ja DMS:n saatavilla olevaa tietoa sekä laskentakykyä. FLIR-rajapinnalle voidaan määrittää johtolähtökohtaisia parametreja, joita hyödynnetään FLIR-algoritmin suorituksessa. Johtolähdölle voidaan määrittää FLIR:n käyttämät menetelmät, kokeilukytkentöjen salliminen, varasyöttöyhteytenä käyttäminen sekä FLIR:n kieltäminen. Kun sähköaseman johtolähdön suojarele havaitsee pysyvän vian, se välittää vikaviestin SCADA:lle. Tämän jälkeen SCADA lähettää uuden vikail-moituksen DMS:lle, joka aloittaa FLIR-algoritmin suorittamisen. Vikailvikail-moituksen jälkeen DMS lähettää SCADA:lle kytkinmallin, joka sisältää vian läheisyydessä ole-vat erottimet, joita tullaan mahdollisesti ohjaamaan vianhoidon yhteydessä. Tämän

SCADA DMS kytkimet, joita ei voida ohjata

erotussekvenssin pyyntö

Kuva 3: Käytönvalvontajärjestelmän (SCADA) ja käytöntukijärjestelmän (DMS) rajapinta vianrajausautomaatiossa. Muokattu: [34] [39].

kytkinmallin avulla SCADA pystyy tarkistamaan, että listassa olevat erottimet ovat ohjattavissa. SCADA tarkistaa kaukokäyttöisten erottimen tilat sekä tietoliikenneyh-teydet. Erottimet voivat olla jostain syystä poissa käytöstä tai saavuttamattomassa tilassa, jonka takia on tärkeää tarkistaa ne ennen FLIR:n ohjauskäskyjä. Tarkastuk-sen jälkeen SCADA pyytää DMS:ltä erotussekvenssiä samalla ilmoittaen erottimista, joita ei voida käyttää vianrajausautomaatiossa. Erotussekvenssin laskenta suoritetaan SCADA:n lähettämien sekä verkkotietojärjestelmän tietojen pohjalta. DMS laskee mahdolliset vikapaikat käyttäen hyväksi vikavirran suuruutta, tyyppiä sekä vianil-maisimien tietoja. Laskennan jälkeen DMS lähettää erotussekvenssin SCADA:lle, joka aloittaa suorittamaan sekvenssiä rivi kerrallaan. SCADA suorittaa erotusse-kvenssiä niin pitkälle kunnes vikapaikka saadaan paikannettua. Kun vika saadaan paikannettua SCADA pyytää DMS:ltä palautusekvenssiä. Palautussekvenssin avulla virransyöttöjä saadaan palautettua verkon terveille osille varasyöttöyhteyksien avulla.

DMS laskee mahdolliset varasyöttöyhteydet ottaen huomioon johtojen kuormitukset sekä jännitealeneman. Laskennan tuloksena DMS lähettää palautussekvenssin SCA-DA:lle, joka aloittaa suorittamaan sekvenssiä rivi kerrallaan. On huomioitava, että varasyöttöyhteyksiä ei ole välttämättä käytettävissä verkon säteittäisen rakenteen takia. Palautussekvenssin jälkeen FLIR-suoritus päättyy. Kuvassa3 esitetään raja-pinnan liikenne yksinkertaistettuna. Trimble DMS:n ja Hitachi ABB MicroSCADA:n välisestä vianrajauautomaatiosta kerrotaan lisää luvussa 6.1. [34] [39]

Vianrajausautomaatiossa on hyvä olla kolme erilaista toimintatasoa. Tasot ovat manuaalinen hyväksyminen, automaattinen hyväksyminen sekä avustajatila. Manuaa-linen taso rajoittaa automaattisen vianhallinnan toimintaa. Tässä tasossa järjestelmä vaatii käytönpäivystäjän hyväksynnän ennen ohjauskäskyjen suorittamista. Näin

voidaan tarkkailla, että FLIR toimii oikein, eikä tee vääriä tai vaarallisia kytkentöjä.

Tätä tasoa käytetään etenkin validoitaessa järjestelmän toimintaa ennen kuin se siir-retään tuotantokäyttöön. Toinen taso on automaattinen hyväksyminen eli ideaalinen operointitaso. Automaattisen hyväksymisen avulla automaatio pystyy suorittamaan ohjauskäskyjä nopeasti ja itsenäisesti. Käytönpäivystäjä voi seurata reaaliaikaisesti kyseisiä ohjauskäskyjä. Kolmas operointitila on avustajatila. Vianrajausavustajaa voi-daan käyttää esimerkiksi jatkuvan maavian tapauksessa. Avustajaa voivoi-daan tietysti hyödyntää myös varasyöttötilanteissa vaihtoehtojen rajaamiseksi. [40]