Apresentacao de Automacao de Subestacao

Process Automation

Sistemas de Automação de Subestações em IEC 61850 © ABB Group 20 de novembro de 2012| Slide 1

IEC61850

Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850

© ABB Group 20 de novembro de 2012| Slide 2



O que é uma subestação?



Conceitos Fundamentais da Norma IEC 61850



Arquitetura Básica



Integração da Planta de Processos e Elétrica



Recursos de gerenciamento e Monitoramento



Plantas com automação das Subestações em IEC 61850



Apresentação do simulador

IEC61850

Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850




O que é uma subestação?



Conceitos Fundamentais da Norma IEC 61850



Arquitetura Básica



Integração da Planta de Processos e Elétrica



Recursos de gerenciamento e Monitoramento



Plantas com automação das Subestações em IEC 61850



Apresentação do simulador

IEC61850

Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850 

O que é uma subestação? 

Uma Subestação é uma instalação elétrica de alta potência, contendo equipamentos para transmissão, distribuição, proteção e controle de energia elétrica (Fonte: Wikipedia).

IEC61850


Onde são usadas as Subestações? 



São utilizadas como o ponto de controle e transferência em um sistema de transmissão e distribuição elétrica

Por que são usadas as Subestações? 

As subestação direcionam e controlam o fluxo energético, transformando os níveis de tensão e funcionando como pontos de entrega para consumidores industriais e equipamentos dentro de empresas de processo.

IEC61850


Por que fazer a automação de uma subestação? 



Os elementos elétricos das subestações não são ativos, precisam que algum equipamento comande a sua operação, que pode ser uma manobra (liga, desliga), ou proteção quanto a uma falha da instalação

Como se faz automação de uma subestação? 

Geralmente a automação, proteção e controle de uma subestação é realizada através dos relés de proteção.

IEC61850


O que é um relé de proteção? Quais funcionalidades? 

São equipamentos microprocessados que são responsáveis por: 

Proteção elétrica dos equipamentos estáticos da Subestação 



Monitoramento da qualida de energia 



Ex Sobrecorrente, Subtenção, Frequência, etc Ex Consumo, disturbios harmonicos e qualidade de energia

Controle de equipamentos 

Ligar e desligar, manobras em manutenção e parada de emergência

Nota: Na IEC 61850 os relés de proteção são conhecidos por IED (Intelligent Equipment Device)



IEC61850

Sistemas de Automação em Subestações em IEC61850  

São os principais componentes do sistema de automação elétrico IEDs são os componentes responsáveis por proteção e supervisão dos equipamentos da rede elétrica

X

Corrente elétrica

Disjuntor

Carga

© ABB Group November 20, 2012 | Slide 7

IED

A corrente aumentou! Disjuntor, abra !

IEC61850


Quais as vantagens da automação das subestações? 

Segurança do operador / Conformidade a NR 10.



Menor tempo de parada e reestabelecimento.



Descarte de cargas

Introdução

Conceitos Fundamentais 

Evolução na Automação de Subestações: 



Dispositivos eletrônicos para controle e proteção (IEDs) Conseqüências: 

Comunicação entre equipamentos: 




Protocolos proprietários por fabricantes e diversos padrões

Necessidade de padronização

Need for a global Substation Automation Standard State before IEC 61850 HMI

STATION LEVEL

Station computer

MODBUS

STATION BUS

Protection IED

BAY LEVEL

DNP Control IED

Station gateway LON

PROFIBUS

Protection & Control IED

608705-101/4

608705-103

Protection IED

Control IED

PROCESS BUS

Switchgear/Switchyard

PROCESS LEVEL

    



Serial communication for Substation Automation is recognized for some time However: A lot of different protocols and hardwiring used Poor interoperability between different vendors Large engineering, installation and maintenance costs The global, highly competitive market requests a standard for competitive performance and cost reduction

Introdução a IEC61850 Benefícios da Padronização 

Redução de Cabeamento

Redução do esforço de Engenharia

Redução do tempo de comissionamento

Redução de custo do tempo de vida da planta: Sobressalentes Treinamentos © ABB Group November 20, 2012 | Slide 11

Introdução

Norma IEC61850 




3 principais objetivos:  Interoperabilidade  Liberdade de configuração  Estabilidade a longo prazo

É mais que um protocolo: padronizar Engenharia e Configuração de Automação de Subestações



Redução de custos no projeto:  Engenharia de Sistema e Integração de Dispositivos mais eficientes  Reduz esforços de projeto e comissionamento  Menores custos de infra-estrutura de comunicação, manutenção e instalação  Cabeamento simplificado



Protocolos de comunicação de alta performance conectam os IEDs  Informação disponível com integridade

Conceitos

Tipos de Comunicação - Vertical Station Computer (IEC 61850 OPC Server)

MMS Control

Protection

Process Interface


Control & Protection

Control

Process Interface

Protection

Process Interface

Conceitos

Tipos de Comunicação - Horizontal Station Computer (IEC 61850 OPC Server)

GOOSE Generic Object Oriented Substation Event Control

Protection

Process Interface


Control & Protection

Control

Process Interface

Protection

Process Interface

Communication Services Conventional hardwiring for horizontal communication Local SCS Local SCS

External signals Station bus

External signals

Interlocking, shared voltage signals…

Copper-wired inter-bay signals like: Time synch, Protection blocking, Control interlocking…

Communication Services GOOSE for horizontal communication Local HMI

Station bus IEC 61850

Control system - SCS & GW Monitoring, control, settings Interlocking, shared external signals Time synchronization

External signals

Inter-bay signals using IEC 61850 and GOOSE

800xA – Gerenciamento de dispositivos IEC61850: Integração 

Horizontal



- real time application



800xA



GOOSE



MMS



Vertical



- A/E, Condition Monitoring, Faceplate Operation, Disturbance Recording



IEC68150 IEC61850

 


Comparativo IEC 61850 X MODBUS e PROFIBUS

Norma IEC 61850 – Bloqueio de atuação Sim, eu estou!

  



X



Eu vou bloquear o

Instantâneo de sobrecorrente block-PHLPTOC –(50)

IEC 61850-8-1

X





Quem está interessado? PHLPTOC-start (50)




Tempo do operação da função instantanea da proteção de sobrecorrente (REF615 GOOSE approach)

Margem segura, ex. Atraso na operação devido a saturação do TC Proteção de sobrecorrente começa a atrasar Reatardo do tempo do estágio de block da sobrecorrente Tempo da mensagem GOOSE (Classe 1)

40ms

ALL TOGETHER

~70ms

20ms

5ms

<3ms


Norma IEC 61850 – Falha de Disjuntor 

OK, Eu Meu

REF615



Eu ouvi! abrirei o



disjuntor

X





IED “A”





X





REF615



 

GOOSE message

IED “B”

Meu não

disjuntor

está abrindo !

Acionar de


a função

falha de disjuntor

Ao detectar uma falha no alimentador de saída o IED B envia comando de disparo para o disjuntor “B” e inicia a função de proteção contra falha do disjuntor O disjunto “B” falha na abertura A função de proteção contra falha do disjuntor do IED B envia um comando de disparo para a IED A usando GOOSE O uso da comunicação GOOSE elimina a necessidade de cabeamento dedicado A proteção contra falha do disjuntor pode ser adicionada sem a troca dos cabos e com um mínimo de perturbações no do processo


Norma IEC 61850 – Bloqueio e Falha de atuação


Conceitos

Estrutura de dados: Logical Nodes Exemplo: operação (comando) de um disjuntor

IHMI

XCBR

CSWI

Comando Comando executado

Disjuntor fechado

Fechar Disjuntor

Interface física Sistema Controle

Campo

Introdução ao IEC-61850 Logical Nodes Data Object

Data Attributes

q

stVal

Pos

stVal (0,1,2 ou 3) = intemediate, off, on, bad-state

Pos

Logical Nodes XCBR1

XCBR1

Logical Device LVD97010MCADCTRL1

Physical Device LVD97010MCAD (network address)


LVD97010MCAD. LVD 97010 MCADCTRL1. XCBR1.Pos.stVal = Status value of position of circuit breaker #1

Introdução ao IEC-61850

Estrutura de dados: Logical Nodes




Tabela

1. Grupos de Logical Nodes definidos na norma IEC61850 – 07/2003

Fonte:

IEC 61850 – Part 5

Introdução ao IEC-61850 Logical Nodes        

Alarm handling: CALH Interlocking: CILO Cooling Group Control: CCGR Point-on-wave switching: CPOW Switch controller: CSWI Circuit breaker: XCBR Circuit switch: XSWI Generic process I/O: GGIO



Instantaneous overcurrent: PIOC



Time overcurrent: PTOC

 



Under power factor: PUPF Overvoltage: PTOV



Ground detector: PHIZ



Phase angle measuring: PPAM



     © ABB Group November 20, 2012 | Slide 24

Voltage controlled time overcurrent: PVOC Over power factor: POPF



Over frequency: PTOF Under frequency: PTUF Rate of change of frequency: PFRC Differential: PDIF Motor restart inhibition: PMRI Motor starting time supervision: PMSS

Introdução ao IEC-61850 Engineering Workflow (geral) L I N H A D O T E M P O 

Projetista do Sistema de Controle/Supervisão



Estrutura dos IEDs em Logical Nodes 

2) Configurações da Rede de IEDs:



- Estrutura/Diagrama da Rede 



- Diagramas Unifilares

4) Mapeamento da Comunicação na Rede Troca de Mensagens MMS e GOOSE 

4’) Mapeamento da Comunicaçãona Rede: 

- Troca de Mensagens MMS e GOOSE 


Interface/Troca de info: Cliente



Projetista/Configurador dos IEDs



1) Estruturação dos IEDs, em Logical Nodes, de acordo com função 

Organização da Rede de IEDs, com a divisão de LNs, tags e IPs Arquivos .icd e Mapeamento da Troca de Dados (MMS, GOOSE) para cada IED Arquivo .scd da rede inteira



Arquivos .icd/.cid/.scd revisadospara cada IED





ciclo



Arquivo .scd da rede inteira revisado

3) Configuração da capabilidade de cada IED, na ferramenta fornecida pelo fabricante 

5) Configuração da lógica e recepção/envio de dados de cada IED, na ferramenta fornecida pelo fabricante 5’) Configuração da lógica e recepção/envio de dados de cada IED, na ferramenta fornecida pelo fabricante


Conceitos básicos da norma IEC61850: Tipos de arquivos 

Arquivo “.icd” 



Informação de um único IED, com: 

Obrigatório: Logical Nodes disponíveis



Opcional: Data Sets; Control Blocks; Tag; IP

Arquivo “.scd” 

Configuração de toda uma subestação 


Mapeamento da comunicação entre IEDs e entre IED e Sistema de Supervisão e Controle


Problemas na importação dos arquivos ICD e SCD

ICD


SCD

Introdução ao IEC-61850 Comunicação GOOSE



Grande trunfo da norma IEC61850 






Mensagens de trip mais rápidas que “fiadas”

Alguns equipamentos: somente MMS 

Checar certificado KEMA



Checar “Services” no arquivo ICD

Alguns falam via GOOSE não crítico 

Classe de mensagens P1B



Checar manual

Introdução ao IEC-61850 Pontos Fortes 

Interoperabilidade 



Intercambiabilidade 


Capacidade de dois ou mais IED’s trocar informações e posterior uso em funções específicas (IEC 61850-1)

Habilidade de substituir um IED de um fabricante por outro sem prejuízo ao sistema (IEC 61850-1)

Equipamentos e Instalações Ethernet



A norma IEC61850 não entra no mérito de instalações



Estabelece que será seguido o padrão Ethernet 






Garantia de “estabilidade a longo termo” ( “future proof” )

Quaisquer soluções Ethernet atendem à IEC61850 

Fibras óticas (Multimodo; Monomodo; conectores SFP)



Switches e Roteadores

Única restrição: 100 Mb/s apenas

Equipamentos e Instalações Switches



03 requisitos essenciais:  

 

Protocolo de Recuperação de rede: Rapid Spanning Tree Gerenciamento de VLAN (para GOOSE)

Exigências por conta do ambiente de instalação: SE’s 

Robustez pelo ambiente



Suportar grande faixa de temperaturas





Quality of Service (QoS): Priority Tagging

Sem partes móveis - Exaustores (norma de Subestações)

Necessidade de aplicação: 

Recuperação de anel/RST rápida (< 50 a 100ms)

Equipamentos e Instalações GPS



Sincronismo de horário 



No passado: diversidade de protocolos de sincronismo de tempo 



Grande importância  organização de eventos

Norma IEC61850 estabelece o protocolo SNTP



Opera sobre Ethernet  mesmo meio físico



Tempos de até 1ms

Aparelhos GPS 

Sincronismo absoluto na planta inteira, no mundo inteiro

Conceitos

Arquitetura Básica 

Ligação típica  



IEDs em estrela até o switch Switches em anel: economia no uplink, e confiabilidade na troca de informações Mais comum em grandes subestações

Recursos de gerenciamento e monitoramento Power Managment 

Load Shedding 

 



Fast; Under-Frequency; e Overload Load Shedding

Power Control 

Monitoramento da potência da planta



Power Control; Network Config; Central Mode Manager

Synchronization 




Monitoramento das causas de sobrecarga e tomada de medidas para minimizar a diminuição de potência

Supervisão da rede elétrica e objetos relacionados (CB, Gen) Interface com outros CMs: geradores e disjuntores

Aplicações de automação em IEC 61850 Filosofia do Sistema 800xA Operação Comum

Engenharia Comum

Sistema com arquitetura comum

Gerenciamento Comum de Informação

Gerenciamento Centralized comum deand ativos Historian Data Archiving © ABB Inc. November 20, 2012 | Slide 35

Apresentacao de Automacao de Subestacao

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