Fjernstyring av banestrømforsyningen

__NUMBEREDHEADINGS__

Innledning

Fjernstyringssentralene bidrar til en best mulig teknisk og økonomisk utnyttelse av den daglige driften av strømforsyningsanlegget. Et av formålene med fjernstyringsanlegg er å kunne oppfylle driftsforskriftene for elkraftanlegg uten å bemanne alle anlegg lokalt.

Gjennom fjernstyringen har driftspersonalet på elkraftsentralene oversikt over status på strømforsyning til toget og teknisk utrustning langs banen. Dette gjør at man raskt får oversikt over feil. På grunn av dette blir det mulig å oppnå økt leveringssikkerhet, effektive vedlikeholdsrutiner og raskere feilretting ved driftsforstyrrelser.

Effektiviseringen gjøres mulig ved:

• automatisk innsamling av data fra omformerstasjoner, transformatorstasjoner, koblingshus, kondensatorbatteriet, sonegrensebrytere, kl-brytere (kontaktledningsbrytere), med mer.
• styringsmuligheter via fjernstyringsanlegg av omformerstasjoner, transformatorstasjoner, koblingshus, kondensatorbatterier, sonegrensebrytere og kl-brytere, med mer.
• utveksling av informasjon mellom ulike sentraler i Jernbaneverket, som andre elkraftsentraler, CTC-sentraler med mer.

Overvåkingen skjer i hovedsak fra elkraftsentralene. Noen steder finnes det reserve-operatørstasjoner, blant annet for Gardermobanen.

Oppgaver for fjernstyringen

For en best mulig fjernstyring er det viktig at fjernstyringen har automatisk innsamling av de nødvendige data. Disse dataene gjelder spesielt verneutrustningen og bryterstillinger.

• Med fjernstyring menes:
• Manøvrering
• Regulering
• Indikering (inkludert feilmeldinger)
• Måling

Hva som skal fjernstyres i hvert enkelt anleggstype varierer. Et minimumskrav er spesifisert i teknisk regelverk, men må vurderes for hvert enkelt anlegg for å få et mest mulig optimalt anlegg.

Eksempler på informasjon som kan være aktuelt å samle inn fra ulike understasjoner er:

• måleverdier
• kommandoer
• indikeringer
• meldinger
• settpunkt
• reguleringer
• tellepulser
• galvanisk skille
• måleverdiomformere
• mellomreléer
• overspenningsbeskyttelse

Alarmvarsling i sentralen kan skje akustisk eller optisk. Optisk varsling vil si at en diodelampe lyser.

Oppbygging av fjernstyringen

Figur 1: Skjematisk oversikt over fjernstyringens oppbygging med multi-drop

Fjernovervåking av banestrømforsyningen foregår fra elkraftsentralene. Her blir innkommende data fra understasjonene og subunderstasjonene registret, presentert og lagret. Figur 1 viser en skjematisk fremstilling av hvordan fjernstyringsanleggenes struktur.

Fjernstyringsanlegget består av flere delsystemer:

• Sentralutstyr med arbeidsstasjoner
• Front-End utstyr for kommunikasjonstilpassing
• Kommunikasjonsutstyr
• Understasjoner og subunderstasjoner

Understasjonene ligger i:

• Omformerstasjoner
• Koblingshus
• Transformatorstasjoner
• Kraftstasjoner

Subunderstasjonene styrer fjernstyrte:

• kl-brytere
• Sonegrensebrytere
• Kondensatorbatterier

Noen av de midlertidige omformerstasjonene er satt opp som subunderstasjoner i systemet. Men det er ingen regel at disse skal være subunderstasjoner.

Utveksling av informasjon mellom sentralutrustning (elkraftsentral) og understasjoner foregår i telegramform. Overføringen kan skje ved at det brukes multi-drop, det går en melding fra sentralutrustningen til alle understasjonene, og den understasjonen som skal ha meldingen, svarer, se figur .1. Dersom det er eget anrop til hver enkelt understasjon kalles det punkt for punkt kommunikasjon. Det vil si at sentralutrustningen sender melding bare til den understasjonen som skal anropes. Fra understasjonene til subunderstasjonene skjer alle anrop som multidrop.

Innsamling av data foregår med faste tidsintervaller fra understasjoner til subunderstasjoner eller fra sentralutrustningen til understasjoner. Noen meldinger har en høyere prioritet og sendes utenom de faste tidsintervallene.

Grensesnittet mellom lokalutrustningen og fjernstyringen utgjøres av X-koblingsskapet, (krysskoblingsskapet). Her sammenstilles alle de tilknyttede objektene, som kommando og overvåking. I X-koblingsskapet er det rekkeklemmer for sammenkobling av kablene fra lokalkontroll anlegget og kablene fra fjernstyringsutstyret. Det er klemmene som utgjør selve grensesnittet.

Sentralutrustning

Sentralutrustningen har automatisert innsamling av data. Utrustningen må designes slik at enkeltfeil i fjernstyrings- eller sambandsutstyr ikke medfører utilsiktede styringer. Hvis det skjer en feil i en understasjon skal dette ikke medføre feil på andre understasjoners kommunikasjon og funksjon. For å ha en mest mulig sikker drift designes utstyret slik at det ved feil vil gå til en sikker driftstilstand eller låses i siste posisjon. Skjer det en feil i sentralutrustningen skal det ikke medføre at understasjonene settes ut av drift.

Av sikkerhetshensyn blir nye fjernstyringsanlegg installert med dublert datamaskinsystem, der den ene prosessmaskinen står som varm reserve for den som er definert som hovedmaskin. Ved oppdatering skal dette skje parallelt på begge maskinene.

Ved nye fjernstyringsanlegg skal kommunikasjonen fra sentralutrustningen til understasjonene skje ved punkt til punkt kommunikasjon. I eksisterende fjernstyringsanlegg skjer kommunikasjonen også ved multi-drop.

Understasjoner

Understasjonene samler inn data fra prosessene både i understasjonen og de subunderstasjonene som styres fra understasjonen. For å kunne styre subunderstasjonene genererer understasjonene styrekommandoer.

Understasjonene består enten av PLSer eller RTUer med innebygget klokke og med kommunikasjonstilkobling. For å forenkle grensesnitt mot sentralutrustning og subunderstasjoner blir alle understasjonene likt oppbygget. I de nye understasjonene kan lokal betjening skje ved hjelp av PC og /eller lokalt sifferdisplay.

Fra understasjonene foregår det kommunikasjon med subunderstasjonene syklisk og ved multi-drop.

Subunderstasjoner

Flere subunderstasjoner er tilkoblet samme undersentral. Oppbyggingen av subunderstasjonene er i hovedsak lik for understasjonene. Kommunikasjonen er rettet mot understasjonene for å overføre måleverdier til denne og for å overføre kommandoer fra sentralutrustningen via understasjonen.

Kommunikasjon

Grensesnittet mellom fjernstyringsanlegget og sambandsnettet er modemets V24 tilkoblinger. Tilkoblingen av kommunikasjonslinjer skal gjøres slik at det er mulig å gå inn på en linje for å lytte på telegramtrafikken uten at det er nødvendig med frakobling. Ved å gjøre tilkoblingen på en slik måte unngås det unødvendige brudd i sambandet. Ved kommunikasjonsfeil skal utstyret automatisk koble over til reservesamband.

For å gjøre vedlikehold av databasen for fjernkontrollanleggene er det på sikt tenkt å etablere kommunikasjonslinjer mellom de forskjellige elkraftsentralene som drives i Jernbaneverket. Ved å gjøre det kan det opprettes en sentral database for alle anleggsspesifikke data. Kommunikasjonslinjene vil da gjøre det enkelt å laste ned endringene i de respektive understasjonene over kommunikasjonsnettet.

Ved nye anlegg skal det være knyttet direkte kommunikasjonslinjer til hver enkelt understasjon, i tillegg til en reservekommunikasjonslinje for å få sikker drift. Reserveforbindelsen skal automatisk kobles opp dersom hovedforbindelsen brytes. Understasjonene skal fungere som datakonsentratorer for sub-understasjonene. Kommunikasjonen mellom under- og sub-understasjonene kan foregå på en felles kommunikasjonslinje etter multi-drop system.

For å få en mest mulig effektiv kommunikasjon mellom elkraftsentraler og CTC-sentraler bør disse være knyttet sammen i nettverk. Dette for å kunne kommunisere mest mulig direkte. CTC-sentralene skal minimum kunne innhente følgende informasjon fra elkraftsentralene:

• Spenningssatt strekning/spor.
• Spenningsnivå på kontaktledningsanlegget.
• Reservestrømtransformatorer i drift/ ute av drift.
• Nødfrakobling i drift/ute av drift.

Elkraftsentralene bør få følgende informasjon fra CTC-sentralene:

• Belagt spor/strekning.
• Info fra dynamisk rutedatabase (forsinkede-, innstilte- og ekstratog m.m.).
• Grafiske ruteplaner og kryssingsmønster.
• Informasjon om komponenter som er forsynt fra kontaktledninger er i drift/ute av drift (reservestrøm, sporvekselvarme m.m.).

Forskjellige typer fjernstyringsanlegg

Her omtales de vanligste systemer ved Jernbaneverket for fjernstyring av strømforsyningsanlegg.

Det første fjernstyringsutstyret NSB tok i bruk i forbindelse med matestasjoner, var for fjernstyring av Sande transformatorstasjon fra Larvik omformerstasjon. Utstyret betegnes for "Registervelgerutstyret" og var et relé- og telefonvelgerutstyr levert av ASEA. Dette ble tatt i bruk rundt 1955. Etter den tid har det skjedd en stor utvikling av fjernstyringen.

SINDAC-1 fjernstyringsutstyr

Generelt

Fjernstyringsutstyret SINDAC er et ASEA-produkt. Det krever en tonefrekvenskanal i hver retning mellom sentralutrustning og understasjon. Av SINDAC-1-utrustning har Jernbaneverket i dag én type understasjoner, SINDAC 800. SINDAC 800 er et avspørringssystem som kan stille spørsmål på ulike prioriteringsnivå.

SINDAC-1 sentralutrustningen DS8FC, som består av én fjernstyringspult med styrekvitteringer, feillamper og instrumenter finnes i dag i Asker elkraftsentral.

Utstyret er i det alt vesentligste oppbygd av elektroniske kretser. Kun manøverutganger og inn- og utganger for indikeringer er reléer. All kommunisering mellom de enkelte enheter både i sentralutrustning og i understasjon foregår i form av spenning på eller av. Spenningsnivået på elektronikken er 5 V DC.

Understasjonene er SINDAC 800. Det finnes flere typer av denne understasjonen, den som benyttes sammen med SINDAC-1 sentralutrustning er DS801T og DS802T. Det benyttes subunderstasjonene av flere typer i dette systemet, QHZA 10 benyttes sammen med DS801T, mens også SAIA PLS levert av Mathe Winje er benyttet..

SINDAC 800

SINDAC 800 er et avspørringssystem som kan stille spørsmål til ulike prioriteringsnivå. Hvilken informasjon som skal ligge på de forskjellige prioritetsnivå kan velges fritt. Vanligvis ligger alle feilmeldinger og stillingsindikeringer for effektbrytere på prioritetsnivå 1 (P1) og måleverdier på prioritetsnivå 2 (P2). På prioritetsnivå 3 (P3) legges for eksempel måleverdier som vanligvis ikke varierer mye, pulsregnere (om slike finnes), energimåleverdier og ofte også stillingsindikeringer på skillebrytere da disse vanligvis ikke begynner å gå ut eller inn av seg selv.

I konstruksjonsfasen kan det velges mellom flere ulike avspørringsrutiner for sentralutrustningen. Avgjørende for hvilken rutine som blir valgt, er svarene på en del spørsmål: Hvor mange understasjoner skal sentralutrustningen betjene? Hvor mange måleverdier skal overføres og varierer disse til stadighet? Hvor mange effektbrytere og hvor mange skillebrytere skal indikeres? Hele tiden er det snakk om å få over måleverdier så hurtig som mulig, men samtidig skal indikeringsforandringer eller feilsignaler overføres uten for store forsinkelser. Å gå igjennom en fullstendig avspørringsrutine vil her ikke være mulig da dette vil kreve alt for stor plass. Forsøksvis skal det kort og overfladisk bli tatt med et tenkt eksempel.

Man kan tenke seg et utstyr med en sentralutrustning - k.stn. - og tre stk. understasjoner - U1, U2 og U3. K.stn. begynner med å spørre U1, U2 og U3 etter tur om noen har informasjon på prioritetsnivå P1. Har noen det, så sendes dette over til k.stn. Har de ingen informasjon på dette nivå, så svares med såkalt sluttord. Deretter spør k.stn. U1 om informasjon på P2-nivå (vanligvis måleverdier). Når dette er mottatt av k.stn., sendes etter tur spørsmål på P1-nivå til U1, U2 og U3. Disse oversender sin P1-informasjon eller, dersom ingen endring har skjedd, svares med sluttord. K.stn. spør deretter U2 om P2-informasjon og denne overføres og avsluttes med sluttord. K.stn. fortsetter nå igjen etter tur å spørre U1, U2 og U3 om P1-informasjon for deretter å spørre U3 om P2-informasjon. Når denne er mottatt av k.stn., sender den for første gang spørsmål om P3-informasjon fra U1. U1 sender sin informasjon på dette prioritetsnivå og sender sluttord. K.stn. begynner da på nytt den foran antydede runddans med P1- og P2-spørsmål til U1, U2 og U3. Når k.stn. igjen har fått over P2-informasjon fra U3, spørres for første gang etter P3-informasjon fra U2. Etter en ny lignende runddans spørres U3 for første gang om P3-informasjon. Slik fortsetter utvekslingen av spørsmål og svar mellom sentralutrustning og understasjonene.

SINDAC 800 stiller en fritt å bestemme avspørringsrutinen fra anlegg til anlegg.

Ved manøvrering består telegrammet fra sentralutrustning av startkombinasjon, adresse og 12 informasjoner. For at manøvren skal bli utført, må begge informasjonsordene godkjennes av understasjon. Innenfor hvert ord er det innført en viss sikkerhet i form av paritetskontroll. Paritetskontroll innenfor hvert ord og at manøveren krever to ord gjør at man er godt sikret mot feilmanøvrering. Det finnes en sikkerhet til ved at hver pulslengde overvåkes. Ved feil på en puls underkjennes telegrammet.

Datamaskinbasert operatørovervåking

SINDAC 3

Fjernstyringsanleggene på Bergens- og Dovrebanen er levert av ABB (tidligere ASEA). Begge anleggene tilhører ABBs SINDAC-familie, men å grunn av tidsforskjellen i leveransen har anlegget på Bergensbanen typebetegnelse SINDAC 3-versjon C og anleggene på Dovrebanen betegnelsen SINDAC 3 versjon D.1. Operatørene/maskinistene merker ikke store forskjeller på disse anleggene. Forskjellen ligger på programvaresiden og det er prosedyrene for oppbygging av databasen som er forskjellig. Dovrebanens oppbygging er den mest brukervennlige.

Den største forskjellen mellom de eldre SINDAC 1 fjernstyringsanleggene og anleggene på Bergens- og Dovrebanen, er at fjernstyringspultene med styrekvitteringsvendere, feillamper og instrumenter er erstattet med bildeskjermer og funksjonstastatur.

Med tastaturets knapper kan maskinistene ta fram de ønskede bildene på sine skjermer. Dette kan være bilder for kontaktledningsanlegget, matestasjoner, hendelseslister eller feillister. Manøvreringer og reguleringer foretas også ved hjelp av tastaturknappene.

En brytermanøver skjer i to steg

1. Objektutvalg (utpeking av bryteren)

2. Manøverfrigjøring (INN- eller UT-manøver)

Under sekvensen utveksler datamaskinen via bildeskjermen en dialog i form av tekst og farveforandringer. Oppdages det feil er det mulig å avbryte sekvensen før manøverfrigjøringen utsendes.

Et bryterfall eller feilsignal ute i en matestasjon overføres til sentralutrustningen. Datamaskinen setter opp akustisk alarm samtidig som sist innkommende melding presenteres som en tekstlinje på det skjermbildet som er oppe.

Hendelsene sorteres og føres inn på de på forhåndsbestemte listene. Alt føres inn på en generell hendelsesliste, mens feilsignaler føres inn på en feilliste. På feillisten forblir meldingene blinkende inntil man kvitterer for at disse er observert. Dersom det var en forbigående feilmelding så forsvinner meldingen fra feillisten, men er det en stående feil blir meldingen fast med gul tekst.

I kontaktledningsbildene er det farvedynamikk ut fra kriteriene spenningssatt anlegg (grønn farve) ikke spenningssatt anlegg (mørkeblått). Håndbetjente kl-brytere inngår også i farveberegningen. Betjenes disse for hånd, oppdateres skjermbildet ved at maskinisten manuelt oppdatere bryterstillingen.

For totaloversiktens skyld er et bilde av kontaktledningsanlegget bygget opp slik at det får plass på ett skjermbilde. I dette bildet er det også farvedynamikk slik at man lett oppdager spenningsløse anleggsdeler/strekninger. I matestasjonsbildene er det ikke dynamisk farvesetting, men hver systemspenning har sin faste farve.

En "nyhet" i Bergens- og Dovrebaneanleggene i forhold til tidligere anlegg er innføringen av måleverdien MVAr-generator. Denne ble innført for bedre å kunne følge med lastfordelingen mellom de samkjørende aggregatene.

Understasjoner

Understasjonene i omformerstasjonene på Bergensbanen var i begynnelsen av typen DS801T, tilsvarende det som benyttes sammen med SINDAC-1. Disse ble så forandret til DS802T. DS801T og DS802T er nesten identisk, forskjellen ligger i at DS802-terminalene kan kommunisere med de nye Collector 100 (C100) subunderstasjonene, mens DS801-terminalen kun kan arbeide imot de "gamle" drabantene QHZA 10.

Understasjonene i omformerstasjonene på Dovrebanen har betegnelsen Collector 400 (C400) og er mere "intelligente" understasjoner. I dette ligger blant annet at understasjonenes database kan legges inn fra sentralutrustningen ved hjelp av fjernstyringsutstyret. Dette er av betydning ved forandringer som utføres i elkraftsentralen og lastes deretter inn i de aktuelle understasjonene. For DS802 terminalene på Bergensbanen (og de "gamle" DS801T) må man ut i omformerstasjonen og bytte programvarebrikkene.

Som en følge av at Collector 400 terminalene er mer "intelligente", så gis det mulighet ved feil i understasjon å lese av en del feilparametre fjernt fra elkraftsentralen på Fron. Dette er med og letter feilsøkingen.

Subunderstasjoner

Subunderstasjonene betegnes Collector 100 (C100). Ut fra hver C400 går det to kabelpar, en i hver retning. Til disse par er et antall C100-understasjoner parallelt tilkoblet. Ut fra dette ser en at C100 subunderstasjon for kl-brytere kommuniserer med C400-terminalen. Skjer det en forandring (f.eks. en sonegrensebryter faller) overfører C100 hendelsen videre til sentralutrustningen. Ved manøvreringer går det den motsatte veien, sentralutrustningen sender ordrene til C400-understasjon som videresender ordren til den aktuelle C100-understasjon.

Hastigheten på utveksling av spørsmål og svar mellom subunderstasjonene C100 og understasjonene C400 er noe forskjellig. Vanligste telegramhastighet på Bergensbanen er 600 bd og på Dovrebanen 1200 bd, men 300 bd finnes på begge baner. Det er kvaliteten på kablene som bestemmer hvor høy telegramhastighet man kan benytte.

SPINDEL (SPIDER)

Dette er siste skudd på ABBs fjernstyringsstamme. Jernbaneverket har denne typen system for fjernstyring i østlandsområdet. Hovedtrekkene er like med SINDAC 3 systemene. De største forskjellene er at verktøyene for å bygge ut og gjøre endringer i bilder og databaser er forbedret ytterligere og gjort adskillig mer brukervennlig, i alle fall for den systemansvarlige. Årsaken til denne utviklingen finner man i den voldsomme økningen i datamaskinenes arbeidskapasitet, samtidig som prisen på disse er synkende sett i forhold til kapasitet.

Økende ytelse har medført at leverandørene tilbyr stadig nye verktøy som tidligere ville slukt så mye maskinkapasitet at det ville gå utover de grunnleggende funksjonene. Viktige forandringer er muligheter for raske søk i hendelseslister og kombinering av informasjon i ulike lister for rapporteringsformål.

Understasjonene i SPINDEL-systemet kalles for RTU 200.

Subunderstasjoner kalles i SPINDEL-systemet for RTU 210 og RTU 211. Det er moduloppbygde subunderstasjoner som lett kan tilpasses signalomfanget man har lokalt. Disse subunderstasjonene har også større kapasitet enn sine forgjengere, blant annet har de muligheter for enkel programmering lokalt. Det vil si at de på eget "initiativ" kan legge ut signaler når forhåndsdefinerte betingelser er oppfylt. For eksempel legge ut en bestemt bryter dersom en forhåndsbestemt måleverdi synker under en bestemt grense.

MINI SCADA

På Ofotbanen som er en egen matestrekning med omformerstasjon er det ikke behov for så store fjernstyringsenheter som de 3 forrige systemene. For dette er det tilstrekkelig med et lite anlegg og det har man gjennom MINI SCADA. Det er også ABB som leverer dette systemet. MINI SCADA benytter NT som operativsystem og kjøres på pc.

SINAUT Spectrum

Det finnes også fjernstyring levert av Siemens i Jernbaneverket. I Kristiansand er det benyttet et system som heter SINAUT Spectrum. Dette systemet benytter Siematic S5 understasjoner fra Siemens. Subunderstasjonene er til tider de samme som for SINDAC-1 utrustningen, QHZA 10. Men for dette systemet skiftes det ut til PLSer levert av Siemens.

Litteraturhenvisninger

1. Jernbaneverket. Regelverk for prosjektering av banestrømforsyning, Jernbaneverket, (1999)

2. Jernbaneverket Bane Energi. Kompendium for støtte og informasjonskurs, Jernbaneverket, (1995)