Bara transfer sistemleri; endüstriyel tesislerde, enerji dağıtım istasyonlarında veya enerji üretim santrallerinde operasyonel faaliyetlerin devamlılığının sağlanabilmesi, üretim ve işlemlerin sekteye uğramamasını sağlamak amacıyla, yükte olan bara kaynağının herhangi bir sebepten ötürü devreden çıkması ile yükün yedek kaynağa hızlı ve güvenli bir şekilde geçişini sağlamak amacıyla dizayn edilmiş sistemlerdir. Alçak gerilim sistemlerinde yaygın bir şekilde kullanılan konvansiyonel transfer sistemleri yanında transfer kontrol cihazlarıyla da transfer sistemleri oluşturulmaktadır. Bunun yanında hem alçak gerilim hem orta gerilim sistemlerinde mikro işlemci tabanlı röleler ve PLC gibi otomasyon cihazları ile daha hızlı ve güvenilir transfer sistemleri oluşturulabilmektedir. Ayrıca özel işletme koşullarında, yüksek hızlı bara transfer röleleri ile 6 ms kadar kısa sürelerde transfer yapma yeteneği olan akıllı cihazlar da kullanılmaktadır.

Mikro işlemci tabanlı rölelerin transfer gerçekleştirebilmesi için önceden belirlenmiş olan mantıksal şartları sağlaması, sistemdeki görevli tüm cihazlar tarafından aktarılan verileri doğru ve hızlı bir şekilde iletilmesi ve ilgili cihazların mantıksal çıktılarını diğer cihazlara doğru ve hızlı bir şekilde aktarması gerekir. Röleler veri alışverişlerini fiziksel bağlantılar ile sağlayabildikleri gibi IEC 61850 haberleşme protokolü GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event) mesajlaşma metoduyla da sağlamaktadır. IEC 61850 haberleşme protokolü geleceğe yönelik aynı temeli oturtma hedefiyle, enerji dağıtım istasyonlarında koruma, haberleşme ve kontrol standartlarını tanımlamak adına üreticiler ve kullanıcıların iş birliği ile kurulmuş bir haberleşme protokolüdür. IEC 61850 GOOSE mesajlaşma yolu ile yapılan veri aktarımları, fiziksel bağlantılara nazaran daha hızlı bir şekilde sağlanmakta olup rölelerdeki I/O fiziksel bağlantılarına gereksinimi minimum seviyede tutmaktadır. GOOSE ile aynı bara üzerinde IED’ler (Intelligent Electronic Device) arasında veri alışverişi IEC 61850 istasyonu oluşturarak ekstra switch, rooter, RTU gibi cihazlara gereksinim olmadan dahili gerçekleştirilebilmektedir. IEC 61850 GOOSE mesajlaşma metodu geleneksel fiziksel bağlantılara nazaran daha hızlı ve güvenilirdir. GOOSE sinyalleri düşük öncelik (min 10ms-2000ms), orta öncelik (1ms-1000ms) ve yüksek öncelik (1ms-500ms) olarak sınıflandırılabilir. (Resim-1-Siemens-IEC 61850 System Configurator) Line, RSTP, PRP veya HSR ring yapılarından biri kullanılarak IEC 61850 network altyapısı daha güvenilir hale getirilebilir. Fiziksel I/O bağlantılarında sinyal kablolarının herhangi bir nedenden ötürü terminal bağlantılarından ayrılması veya kabloların kopması durumunda sistem, herhangi bir sinyal vermezken, IEC 61850 GOOSE sağlığında veya network altyapısında bir problem oluştuğu anda ilgili merkezlere hata sinyalleri çıkarabilmektedir.

Resim 1
Kurgulanan sistemin yapısına göre yük atma sistemi, remote transfer başlatma, remote paralel geçiş ve remote kumanda opsiyonları uygulanabilir bir şekilde sistemler kurgulanabilmektedir. Resim 2’de 3 adet mikroişlemci tabanlı röle kullanılarak yapılmış olan BusA-Tie-BusB yapısındaki bir sistemin blok şeması gösterilmektedir. Bu örnekte verilen sistem; otomatik transfer, yakın kesintisiz manuel transfer ve uzak kesintisiz manuel transfer sistemlerini kapsamaktadır.

Verilen örnekteki gibi bir otomatik bara transfer sisteminin altyapısı düşünüldüğünde, bara giriş hücrelerinin kablo bölmelerinden alınan gerilim referansları ve ana baralardan alınan gerilim referansları sistemin hangi bölmesinin gerilim altında olduğunu ve uygulanan gerilimin kalitesi ile ilgili bilgileri rölelere referans bilgiler olarak taşınması gerekir. Ayrıca giriş ve kuplaj hücrelerinin herbirinin kendi rölesine kesici, ayırıcı, toprak ayırıcıları, kumanda devrelerini anahtarlayan elemanlar olan DC MCB ve/veya AC MCB, gerilim referans devrelerini anahtarlayan VT-MCB açık-kapalı pozisyon bilgilerinin, Yakın/Uzak ve Manuel/Otomatik seçici anahtarlarının pozisyon bilgilerinin rölelere girdi olarak alınması gerekir. Bara A, Bara B giriş hücrelerinin röleleri ve kuplaj hücresinin rölesine alınan gerilim bilgileri ile ANSI 25 senkronizasyon kontrol fonksiyonu mantık bloklarında işletilerek geri enerjileme de kesintisiz transfer, yakın/uzak manuel transferde ise hem seçili olan kaynağın enerjisi kesildiğinde hem de geri enerjileme de kesintisiz transfer yapma olanağı verilmektedir.

Resim 2: 6,6 kV gerilim seviyesinde, Main-Tie-Main yapısındaki bir bara sisteminin blok şeması.
Resim 2: 6,6 kV gerilim seviyesinde, Main-Tie-Main yapısındaki bir bara sisteminin blok şeması.

Bu aşamada ANSI 25 senkronizasyon kontrol fonksiyonu her iki kaynağın gerilim genliği, frekans ve faz açılarının belirlenmiş olan aralıklar dahilinde olup olmadığını kontrol ederek önceden belirlenmiş olan mantık yapılarına göre kapama izinlerini vermekte veya bu izinleri reddetmektedir. Röleler, transfer başlatma koşulu olan ANSI 27 Undervoltage sinyalleri ile kaynak gerilimlerinin izlenmesi, şebekedeki ani dalgalanmaların hatalı transfer başlatma olarak algılanmasının önüne geçmek için, gerilim seviyesinin nominal gerilimin ilk kademede %80’in altına düşmesiyle 400ms, ikinci kademe olarak %27 altına düşmesiyle 200ms gecikme ile transferi başlatmaktadır. Bara transfer sistemindeki tüm rölelerin özellikle ana bara arızalarını temizleyen koruma fonksiyonları transfer blokaj lojiklerini işletmelidir. Aksi durumlarda ana bara arızalarını temizleyecek olan koruma fonksiyonlarının açtırma komutları bara gerilim referanslarının bozulmasıyla transfer başlatma olarak algılanabilir ve arızalı bara üzerine kuplaj veya giriş kesicileri kapattırılarak arızanın diğer kaynağı da etkilemesine ve beraberinde yüksek riskli ekstra arıza durumlarının oluşmasına sebebiyet verebilir. Ayrıca AC MCB ve/veya DC MCB, VT-MCB, ANSI 50BF, ANSI 74TC girdilerinin transfer blokaj fonksiyonların da işlenmesi gerekmektedir.

Resim: 3
BusA-Tie-BusB yapısındaki sistem Resim-2’de görülebileceği gibi 2 adet güç transformatörü tarafından beslenecektir. Normal çalışma koşullarında BusA, TR-A tarafından ve BusB, TR-B tarafından beslenmektedir. Transformatörlerden herhangi birinin arızalar gibi normal olmayan koşullardan ötürü enerjisiz kalması durumunda ANSI 27 Undervoltage sinyallerinin başlatması ile otomatik modda giriş kesicisine açma gönderilerek giriş kesicilerinin açtırılması sağlanmakta ve mantık yapılarında kurgulanan şartlar sonucunda GOOSE mesajlaşma ile kuplaj hücresinin rölesine giden inputlar ile kuplaj fideri mantıksal şartlarının sağlanması sonucu otomatik olarak kapatması ve enerjisiz kalan bara enerjili transformatör tarafından beslenmesi sağlanmaktadır. Eğer transformatörler her iki baradaki tüm yükü besleyebilecek güçte boyutlandırılmamışsa, transformatörlerden herhangi birinin enerjisiz kalması durumundan ötürü güç yönetim sistemi her iki baradan da gereksiz yükleri hızlıca atacak şekilde yük atma yapmalıdır. Önceden transformatör boyutlandırması tüm yükleri besleyecek güçte seçilmiş ise yük atma sistemine gerek kalmadan tüm yükler devrede olan transformatör tarafından beslenebilir. Kesintiye sebep olan arıza çözüldükten sonra ilgili transformatörün enerjilendirilmesi ile otomatik olarak ilgili giriş hücresindeki röle ANSI 25 senkronizasyon kontrolleri fonksiyonlarını yürüterek kesintisiz geçiş ile öncelikle giriş kesicisini kapattırıp yaklaşık 1000ms sonra kuplaj kesicisini açtırmaktadır. Röleler arası aktarılan tüm veriler bu kısım da IEC 61850 GOOSE mesajlaşma protokolü ile iletilmektedir.

Resim: 4
Yakın/uzak kesintisiz manuel transfer sistemleri kaynaklardan birinin bakıma girmesi gibi durumlarda, sistemde duruşa sebebiyet vermeden, ANSI 25 senkronizasyon kontrolleri ile paralel kesintisiz transfer sağlama amacıyla oluşturulmuş transfer sistemleridir. Yakın kesintisiz manuel transfer sisteminde transfer, operatörün OG panellerin karşısından, panel üzerindeki seçici anahtarların ve başlatma komutunu oluşturan butonların yardımı ile bara lokasyonundan transfer yönetimini gerçekleştirebildiği transfer sistemleridir. Uzak kesintisiz manuel transfer sisteminde ise OG paneller üzerinde oluşturulmuş olan seçici anahtarların dijital görüntüsünün HMI ekranlarında mantıksal olarak oluşturulup güç yönetim sistemleri (PMS) üzerinden sinyaller aracılığı ve uzaktan transfer başlatma komutlarıyla gerçekleştirildiği transfer sistemleridir. Verilen örnekte manuel kesintisiz transfer yaparken seçici trip anahtarı 0-Trip Incomer-1, Trip BusCoupler ve Trip Incomer-2 olarak dört pozisyonludur. Seçici trip anahtarının getirildiği konum ve manuel transfer başlatma butonu komutu ile transfer başlatılır. Trip etmesi istenen kesici normal şartlarda Bara A giriş kesicisi, Bara B giriş kesicisi kapalı ve kuplaj kesicisi açıkken seçili kaynak kesicisi açmadan ANSI 25 senkronizasyon kontrolleri ile kuplaj kesicisinin kapatılması ve açması istenen giriş kesicisinin kuplaj kapalı pozisyona geçtikten sonra ilgili mantıksal şartların kontrolü ardından kapaması mantığına dayanmaktadır. Aradaki tüm sinyal transferi GOOSE mesajlaşma metodu ile sağlanmaktadır. Kesintisiz manuel transfer sistemlerinde de yukarıda anlatılan tüm blokaj şartları işletilmelidir.

Resim: 5
Resim 5: Kuplaj hücresine ait röleden GOOSE mesajlaşma metodu ile gelen manuel kesintisiz transfer sinyalleri ile ANSI 25 senkronizasyon kontrollerinin başlatılması ile ilgili örnek bir görsel.

IEC 61850 GOOSE protokolü geleneksel sistemlerde kullanılan fiziksel I/O bağlantılarına nazaran daha hızlı ve daha güvenilirdir. Geleneksel fiziksel I/O bağlantıları, input ve output çekme süreleri ve varsa yardımcı röle kontaklarının çekme sürelerinden ötürü IEC 61850 GOOSE mesajlaşma yöntemine göre daha yavaş veri iletimine sebebiyet vermektedir.
Otomatik ve manuel kesintisiz transfer sistemleri kurgulanırken her iki kaynak paralele alındığından ötürü tüm şartlar ve mantık yapıları titizlikle ele alınmalıdır.

ANSI kodları ve açıklamaları için aşağıdaki linki kullanabilirsiniz.
https://en.wikipedia.org/wiki/ANSI_device_numbers

Hüseyin Budak - Siemens A.Ş. - SI DS HUB - Solution Engineer, 14.09.2021