Download - Apresentacao de Automacao de Subestacao
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Sistemas de Automação de Subestações em IEC 61850
Process Automation
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IEC61850Sistemas 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
IEC61850Sistemas 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).
IEC61850Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
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.
IEC61850Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
Por que fazer a automação de uma subestação?
Os elementos elétricos das subestações não são ativos, precisam quealgum equipamento comande a sua operação, que pode ser umamanobra (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.
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O que é um relé de proteção? Quais funcionalidades?
São equipamentos microprocessados que são responsáveis por:
Proteção elétrica dos equipamentos estáticos da SubestaçãoEx Sobrecorrente, Subtenção, Frequência, etc
Monitoramento da qualida de energiaEx Consumo, disturbios harmonicos e qualidade de energia
Controle de equipamentosLigar e desligar, manobras em manutenção e parada de emergência
Nota: Na IEC 61850 os relés de proteção são conhecidos por IED (Intelligent Equipment Device)
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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 IED
A corrente aumentou!Disjuntor, abra !
Correnteelétrica
Carga
Disjuntor
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Quais as vantagens da automação das subestações?
Segurança do operador / Conformidade a NR 10.
Menor tempo de parada e reestabelecimento.
Descarte de cargas
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IntroduçãoConceitos 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
Switchgear/Switchyard
Station computer Station gatewayHMI
Protection IED
Protection & Control IED
Protection IED
Control IED
MODBUS DNP LON PROFIBUS 60870-5-103
60870-5-101/4
Control IED
Switchgear/SwitchyardSwitchgear/SwitchyardPROCESS LEVEL
PROCESS BUS
BAY LEVEL
STATION BUS
STATION LEVEL
Serial communication for Substation Automation is recognized for some timeHowever: A lot of different protocols and hardwiring usedPoor interoperability between different vendors Large engineering, installation and maintenance costsThe global, highly competitive market requests a standard for competitive performance and cost reduction
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Introdução a IEC61850Benefícios da Padronização
Redução de Cabeamento
Redução do esforço de Engenharia
Redução do tempo de comissionamento
Redução de custo do tempo de vida da planta:SobressalentesTreinamentos
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IntroduçãoNorma IEC61850
3 principais objetivos:InteroperabilidadeLiberdade de configuraçãoEstabilidade a longo prazo
É mais que um protocolo: padronizar Engenharia e Configuração de Automação de SubestaçõesRedução de custos no projeto:
Engenharia de Sistema e Integração de Dispositivos mais eficientesReduz esforços de projeto e comissionamentoMenores custos de infra-estrutura de comunicação, manutenção e instalaçãoCabeamento simplificado
Protocolos de comunicação de alta performance conectam os IEDs
Informação disponível com integridade
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ConceitosTipos de Comunicação - Vertical
Station Computer(IEC 61850 OPC Server)
Protection
Process Interface Process Interface Process Interface
ControlProtectionControl Control &Protection
MMS
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ConceitosTipos de Comunicação - Horizontal
Protection
Process Interface Process Interface Process Interface
ControlProtectionControl Control &Protection
GOOSEGeneric Object Oriented Substation Event
Station Computer(IEC 61850 OPC Server)
Communication ServicesConventional hardwiring for horizontal communication
Interlocking, shared voltage signals…External signals
LocalSCS
Station bus
External signals
Local SCS
Copper-wired inter-bay signals like: Time synch, Protection blocking, Control interlocking…
Communication ServicesGOOSE for horizontal communication
Monitoring, control, settingsInterlocking, shared external signals Time synchronizationStation bus IEC 61850
External signals
Control system- SCS & GW
LocalHMI
Inter-bay signals using IEC 61850 and GOOSE
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800xA – Gerenciamento de dispositivosIEC61850: Integração
IEC68150
800xA
IEC61850
MMS
GOOSE
Horizontal- real time application
Vertical- A/E, Condition Monitoring, Faceplate
Operation, Disturbance Recording
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Comparativo IEC 61850 X MODBUS e PROFIBUS Norma IEC 61850 – Bloqueio de atuação
X
X
PHLPTOC-start (50)
block-PHLPTOC –(50)
Quem está interessado?
Sim, eu estou!
Eu vou bloquear o
Instantâneo de sobrecorrente
IEC 61850-8-1
Tempo do operação da função instantaneada proteção de sobrecorrente (REF615
GOOSE approach)
Margem segura, ex. Atraso na operação devido a saturação do TC
40ms
Proteção de sobrecorrente começa a atrasar
20ms
Reatardo do tempo do estágio de block da sobrecorrente
5ms
Tempo da mensagem GOOSE (Classe 1)
<3ms
ALL TOGETHER ~70ms
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X
X
IED “B”
IED “A”
GOOSE message
Acionar a função
de falha de disjuntor
Meu disjuntor
não está abrindo!
OK, Eu ouvi!
Eu abrirei o
Meu 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
REF615
REF615
Comparativo IEC 61850 X MODBUS e PROFIBUSNorma IEC 61850 – Falha de Disjuntor
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Comparativo IEC 61850 X MODBUS e PROFIBUS Norma IEC 61850 – Bloqueio e Falha de atuação
ConceitosEstrutura de dados: Logical Nodes
Exemplo: operação (comando) de um disjuntor
Interface física
CampoSistema Controle
FecharDisjuntor
Disjuntor fechado
Comando executado
Comando
IHMI CSWI XCBR
Physical DeviceLVD97010MCAD(network address)
Logical DeviceLVD97010MCADCTRL1
XCBR1 XCBR1
PosPos
stVal
Logical Nodes
q
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Introdução ao IEC-61850Logical Nodes
LVD97010MCAD. LVD97010 MCADCTRL1. XCBR1.Pos.stVal= Status value of position of circuit breaker #1
Data Object
Data Attributes
stVal (0,1,2 ou 3) = intemediate, off, on, bad-state
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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
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Instantaneous overcurrent: PIOC
Time overcurrent: PTOC
Voltage controlled time overcurrent: PVOC
Over power factor: POPF
Under power factor: PUPF
Overvoltage: PTOV
Ground detector: PHIZ
Phase angle measuring: PPAM
Over frequency: PTOF
Under frequency: PTUF
Rate of change of frequency: PFRC
Differential: PDIF
Motor restart inhibition: PMRI
Motor starting time supervision: PMSS
Alarm handling: CALHInterlocking: CILOCooling Group Control: CCGRPoint-on-wave switching: CPOWSwitch controller: CSWICircuit breaker: XCBRCircuit switch: XSWIGeneric process I/O: GGIO
Introdução ao IEC-61850Logical Nodes
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Introdução ao IEC-61850 Engineering Workflow (geral)
LINH
A DO
TEMPO
Projetista/Configurador dos IEDs
1) Estruturação dosIEDs, em Logical Nodes,de acordo com função
3) Configuração dacapabilidade de cadaIED, na ferramentafornecida pelo fabricante
5) Configuração dalógica e recepção/enviode dados de cada IED,na ferramenta fornecidapelo fabricante
5’) Configuração dalógica e recepção/enviode dados de cada IED,na ferramenta fornecidapelo fabricante
Projetista do Sistema de Controle/Supervisão
2) Configurações da Rede de IEDs:
- Estrutura/Diagrama daRede
- Diagramas Unifilares
4’) Mapeamento daComunicação na Rede:
- Troca de MensagensMMS e GOOSE
4) Mapeamento daComunicação na Rede -Troca de MensagensMMS e GOOSE
Interface/Troca de info: Cliente
Organização da Rede de IEDs, com a
divisão de LNs, tags e IPs
Estrutura dos IEDs em
Logical Nodes
Arquivos .icd e Mapeamento da Troca de
Dados (MMS, GOOSE) para
cada IEDArquivo .scd
da rede inteira
Arquivos .icd/.cid/.scd
revisadospara cada IED
Arquivo .scd da rede inteira
revisado
ciclo
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Introdução ao IEC-61850 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
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Introdução ao IEC-61850 Problemas na importação dos arquivos ICD e SCD
ICD SCD
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Introdução ao IEC-61850 Comunicação GOOSE
Grande trunfo da norma IEC61850Mensagens 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
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Introdução ao IEC-61850Pontos Fortes
InteroperabilidadeCapacidade de dois ou mais IED’s trocar informaçõese posterior uso em funções específicas (IEC 61850-1)
IntercambiabilidadeHabilidade de substituir um IED de um fabricante poroutro sem prejuízo ao sistema (IEC 61850-1)
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Equipamentos e InstalaçõesEthernet
A norma IEC61850 não entra no mérito de instalações
Estabelece que será seguido o padrão EthernetGarantia de “estabilidade a longo termo” (“future proof”)
Quaisquer soluções Ethernet atendem à IEC61850Fibras óticas (Multimodo; Monomodo; conectores SFP)
Switches e Roteadores
Única restrição: 100 Mb/s apenas
Equipamentos e InstalaçõesSwitches
03 requisitos essenciais:
Quality of Service (QoS): Priority Tagging
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
Sem partes móveis - Exaustores (norma de Subestações)
Necessidade de aplicação:
Recuperação de anel/RST rápida (< 50 a 100ms)
Equipamentos e InstalaçõesGPS
Sincronismo de horário
Grande importância organização de eventos
No passado: diversidade de protocolos de sincronismo de tempo
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
ConceitosArquitetura Básica
Ligação típicaIEDs em estrela até o switch
Switches em anel: economia no uplink, e confiabilidade na troca de informações
Mais comum em grandes subestações
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Recursos de gerenciamento e monitoramentoPower Managment
Load Shedding
Monitoramento das causas de sobrecarga e tomada de medidas para minimizar a diminuição de potência
Fast; Under-Frequency; e Overload Load Shedding
Power Control
Monitoramento da potência da planta
Power Control; Network Config; Central Mode Manager
Synchronization
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
Gerenciamento Comum de Informação
Centralized Historian and
Data Archiving
Gerenciamento comum de ativos
Sistema com arquitetura comum
Engenharia Comum Operação Comum
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