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Sistemas de Automação de Subestações em IEC 61850
Alan Fernandes, PA - Sistemas, 23/08/2010
ABB in Minerals AutomationSpeaker
� Alan Fernandes, 1982
� BSc Engenharia Elétrica c/ ênfase em Eletrotécnica – Univ. São Judas Tadeu
� Técnico em Eletrotécnica – ETE Prof. Basilides de Godoy
� 4 anos com a ABB
� Engenheiro de Aplicação – Especialista em automação de Subestações / Mineração
� 1 ano – Coordenador de Vendas / Segmento de OEM – Média Tensão:
� 2 anos – Engenheiro de Vendas – Relés de Proteção e Apparatus (Disjuntores Indoor / Outdoor, Seccionadora, Contatores e Fusíveis de Média Tensão
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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
� 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.
IEC61850Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
� Como é possível 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
� Geralmente toda a proteção e controle de uma subestação é realizada através dos relés de proteção, atualmente também conhecidos como IED’s (Inteligent Electronic Device).
IEC61850Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
� Como os IED’s atuam? Quais funcionalidades?
� Os IED’s atuais muito se assemelham com computadores que recebem sinais analógicos (Corrente, Tensão e Temperatura), e dentro deles processam a lógica de proteção, como geralmente são responsável por sistemas de média / alta e extra alta tensão, necessitam de elementos que reduzam a tensão / Corrente para valores admissíveis (até 125 V / até 5 A), essa conversão para tensão os TP’s (transformadores de potencial) e TC’s (Transformadores de corrente)
� Os IED’s atualmente são responsáveis pela proteção elétrica de falhas do sistema (Ex Sobrecorrente, Subtenção, Sobrefreqüência) comandos, monitoramento da qualidade de energia (Ex fator de potência, distúrbios harmônicos) e medições de grandezas elétricas ( Corrente, Tensão, Potência ativa, reativa e eficaz) e consumo (kW/h)
IEC61850Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
� Por que fazer a 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
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IntroduçãoNorma 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
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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
GOOSE
Station Computer(IEC 61850 OPC Server)
ConceitosEstrutura de dados: Logical Nodes
Exemplo: operação (comando) de um disjuntor
Interface física
CampoSistema Controle
FecharDisjuntor
Disjuntor fechado
Comando executado
Comando
IHMI CSWI XCBR
ConceitosEstrutura de dados: Logical Nodes
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Equipamentos e InstalaçõesEthernet
� 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 InstalaçõesSwitches
� 03 requisitos essenciais:
� Quality of Service (QoS): Priority Tagging
� Protocolo de Recuperação de rede: Rapid SpanningTree
� 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
� IRIG-B (p.ex.) necessita de fiação auxiliar p/ sincronismo
� 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 típica� IEDs em estrela até o switch
� Switches em anel: economia no uplink, e confiabilidade na troca de informações
� Mais comum em grandes subestações
Control Room
Control
Hardwired
Serial buses
Process
Protection & Control IEDs
Integração da Automação de Processos e Elétrica Evolução – Hoje, com 800xA e IEC61850
Controllers
ProcessElectrification
ProcessInstrumentation
System Network
Fieldbus
Process Workplace
System Network
Protocol 1 Protocol 3
Protocol 2
Gateway/Protocol Converter
Power SCADA Server
Power Management
Power Workplace
Process Control Server
Instruments LV Switchgear Drives Motor starters
Power Automation
Substation Automation
Muitos protocolose gateways de comunicação
Sistema separadopara a automaçãoElétrica
Departamentosseparados de Elétricae Processos
� Equipamentosespecíficos para o DCS
� Muitos fios para a Integração
� Pouca Informaçãodo Sistema Elétrico
Process Automation
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Integração da Automação de Processos e Elétrica Evolução – Hoje, com 800xA e IEC61850
IO
Profibus-PAProfibus-DP/V1
�����
CI 868
IEC61850 Connectivity Server
OPC server
Benefícios ao cliente:
Menos cabos
Instalações simplificadas
Alta performance
Diagnósticos completos
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Recursos de gerenciamento e monitoramentoPower Managment
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Recursos de gerenciamento e monitoramentoPower Managment
� Circuit Breaker
� Controle e monitoramento padrão de disjuntores
� 3 CMs: standard; só monitoramento; sincronismo
� Generator Control
� Controle do Controlador de velocidade e regulador automático de tensão (AVR)
� Interface com CM de Load Shedding
� Transformer Control (stand alone)
� Controle de transformadores
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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
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Recursos de gerenciamento e monitoramentoEnergy Managment
� Ferramentas para visualizaçãopor usuário para monitoramento. Elaboração de metas e análise
� Uma visão imediata dos principais KPI’s
� Clara indicação da potencialeconomia e oportunidadesperdidas
� Obter informações detalhadas
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Recursos de gerenciamento e monitoramentoEnergy Managment
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SimulaçãoSistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
� Simulação
� Tela do Operador
� Integração com equipamentos de medição / Processo
� IHM / Sala de operação Remoto
� IED
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SimulaçãoSistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
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SimulaçãoSistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
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SimulaçãoSistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
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SimulaçãoSistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
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SimulaçãoSistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
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SimulaçãoSistemas de Automação em Subestações em IEC 61850
© ABB Group 25 de outubro de 2010 | Slide 32© ABB Group25 de outubro de 2010 | Slide 32
DÚVIDAS?