1 XI SIMPÓSIO DE AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 16 a 19 de Agosto de 2015 CAMPINAS - SP Simulador de IEDs utilizando arquivos ICD/SCD Juliana Adabo Atizani Siemens LTDA. Brasil Paulo Roberto Antunes de Souza Junior Siemens LTDA. Brasil Daniel Linsingen Piazzetta Siemens LTDA. - Brasil Carlos Alberto Junior Guia Pereira - TAESA Transmissora Aliança de Energia Elétrica Brasil SUMÁRIO Com o constante avanço da tecnologia e os maiores requisitos de confiabilidade em redes de automação e proteção para plantas de energia, é inevitável a presença de unidades inteligentes nas subestações de transmissão e distribuição de energia. Junto com a utilização destas unidades surge um novo problema, como realizar o teste das subestações, em especial nas situações de modernização ou expansão de um sistema já em operação, que não pode simplesmente ser desligado para testes. Existem atualmente, softwares capazes de simular unidades inteligentes em diferentes protocolos de comunicação, fazendo com que os testes sejam mais precisos e reduzam a probabilidade de problemas durante a integração final dos equipamentos na subestação. PALAVRAS CHAVE Simulação de IED, IEC61850, Teste em Fábrica, Comissionamento, Relés de Proteção.
2 1. Introdução Este trabalho tem como objetivo apresentar as facilidades que softwares de simulação de IEDs podem trazer em testes de sistemas de automação utilizando dispositivos inteligentes com comunicação em IEC61850. Nem sempre é possível ter todos os equipamentos disponíveis para testes de supervisão e controle de subestações. Algumas vezes porque o equipamento não está disponível em fábrica, outras vezes porque o vão está energizado e portando naquele momento existe impedimento para mexer nos relés de proteção. O fato de poder simular estes dispositivos, a partir do arquivo SCD ([2] - IEC-61850-6), traz agilidade aos testes e garante uma assertividade maior nas configurações antes do comissionamento. Com a crescente demanda energética percebida no Brasil ([1] - EMPRESA DE PERSQUISA ENERGÉTICA, 2014), fazem-se necessárias constantes ampliações na rede de transmissão e distribuição de energia, além da modernização dos parques existentes visando garantir a confiabilidade e disponibilidade dos mesmos. O advento de dispositivos inteligentes cada vez mais complexos inseridas no sistema elétrico auxilia na tarefa de elevar a confiabilidade e disponibilidade do sistema, porém demanda maiores esforços na etapa de testes para garantir o correto funcionamento e atuação em situações críticas. Existem softwares no mercado que possibilitam a simulação da interface de comunicação de IEDs através dos arquivos SCDs. Como esses arquivos trazem a descrição completa dos Logical Nodes, Datasets, capacidades de comunicação, Serviços, Report Control Blocks e Goose Control Blocks, é possível simular praticamente todas as funcionalidades dos sistemas de IHM (Interface Homem Máquina) e troca de telegramas GOOSE entre dispositivos, como por exemplo: as telas de qualquer supervisório, lógicas de controle dos IEDs que estão em teste, mensagens GOOSE, a lista dos pontos de supervisão do sistema. Tudo isso sem que o equipamento esteja presente. Pensando nesta necessidade foi estabelecida uma rotina de testes em fábrica pela simulação destas unidades inteligentes de forma a reproduzir uma situação similar a realidade encontrada durante a operação regular. Esta rotina foi permitida pelo uso de softwares capazes de emular a comunicação estabelecida entre as unidades de controle e proteção e os gateways e sistemas supervisórios. 2. Metodologia para testes Para realização dos testes é necessário que se tenha toda a configuração da subestação a ser testada pronta. Neste ponto existe a real vantagem da utilização da norma IEC61850, pois na sua parte 6 é definida a linguagem de configuração da subestação.
3 Figura 1 Estrutura da linguagem de configuração da Subestação de acordo com IEC61850 seção 6 Na Figura 1 pode-se verificar a estrutura da linguagem de configuração de uma subestação conforme a seção 6 da norma IEC61850, onde: SSD File (System Specification Description) é o arquivo onde são descritos os dados do sistema. Neste arquivo, por exemplo, é onde está alocado o diagrama unifilar e suas funções alocadas. A partir dele é gerado o arquivo SCD SCD File (Substation Configuration Description) é o arquivo que descreve a subestação. É gerado pela ferramenta que configura o sistema. Contem os arquivos ICD dos dispositivos inteligentes e possui também a rede comunicação e informações sobre o fluxo da comunicação. ICD File (IED Capability Description) é o arquivo que possui a descrição dos itens de cada um dos dispositivos inteligentes. Possui as capacidades pré-configuradas e todas as funções que podem ser usadas no sistema. É gerado pela ferramenta de configuração do dispositivo inteligente. CID File (Configured IED Description) é o arquivo com a configuração final do equipamento, com todas as suas funções definidas e parametrizadas. Depois de gerados os arquivos pela ferramenta de configuração do dispositivo inteligente é possível importar este arquivo em um software simulador, que irá gerar as mensagens de comunicação simulando os dispositivos inteligentes. Uma vez importado o arquivo pode-se simular qualquer ponto existente nos dispositivos inteligentes para que estes sejam percebidos pelos demais equipamentos que compõe a rede de automação em teste, inclusive mensagens GOOSE (Generic Object Oriented Substation. Event). acima. Na Figura 2 pode-se visualizar o esquema de simulação de IEDs na rede, conforme descrito
4 3. Casos de necessidade Figura 2 Esquema para simulação de dispositivos inteligentes Existem diversas situações onde é interessante a utilização de um software de simulação de dispositivos inteligentes: a expansão em uma planta existente, a troca de uma unidade por uma mais moderna, a modernização total do sistema, a troca de gateways de comunicação entre outras. Na expansão de uma planta existente, face aos requisitos atuais de disponibilidade do sistema, não é mais possível dispor da subestação real para testes por um período de tempo que seria adequado para garantir a verificação completa das funcionalidades e eventual correção de problemas que surgissem durante os testes. Com a simulação é possível verificar antecipadamente a interação do novo vão ou seção com os demais existentes, sendo estes existentes simulados recebendo os dados do novo vão ou seção. A troca de mensagens do tipo GOOSE é vital para o correto funcionamento do sistema e um teste integrado com a subestação real pode ocasionar desligamentos indesejados, por isso a simulação mostra-se como uma alternativa interessante e viável. No caso da troca de uma unidade por uma mais moderna a situação é análoga. É possível testar de forma isolada as funcionalidades programadas na nova unidade sem que haja interação com a planta real, evitando atuações indevidas, sem perder a confiabilidade do sistema. Como os demais
5 equipamentos inteligentes da subestação estarão sendo simulados será possível verificar adequadamente a interação entre a nova unidade e as existentes. Uma situação crítica onde a interação com outros vãos é muito próxima é no arranjo de barra dupla, onde existe transferência de proteção e esta transferência só pode ser efetivada pela colocação do sistema em um estado tal que permita as manobras em segurança. A interrupção da operação para efetuar longos testes e depurações em uma nova seção são proibitivos, vistas as determinações de disponibilidade do sistema. Com a simulação é possível testar e depurar facilmente o novo vão e, quando da entrada em operação, apenas alguns testes rápidos serão necessários. Quando se opta pela modernização total de um sistema dificilmente será possível fazê-lo de uma única vez. Pelas características do sistema interligado é impensável desligar completamente uma subestação para a troca de todos os seus equipamentos. Esta troca sempre será feita de forma gradual o que demandará, inevitavelmente, interação entre partes modernizadas e partes a modernizar. Nesta etapa podem ser simulados os equipamentos de forma a garantir a correta atuação requerida pela operação regular. Em caso de troca do gateway de comunicação ou do sistema supervisório, pela simulação é possível verificar a correta elaboração da base de dados que compõe o sistema, bem como a correta atuação dos alarmes e eventos, animações de tela, automatismos, medições e outras funcionalidades necessárias à planta. 4. O caso da troca do gateway SE Bom Jesus da Lapa II Recentemente em um projeto de modernização de algumas subestações da TAESA esta forma de teste foi utilizada com sucesso pela Siemens. Devido á obsolescência do sistema em operação foi necessário efetuar a modernização do sistema de proteção e controle das subestações. Como esta modernização será feita em etapas, o teste em fábrica seguiu esta filosofia. Num primeiro momento foi feita a troca do concentrador de nível de subestação (gateway) que concentra todos os dados dos equipamentos de controle e proteção da subestação. Estes dados são retransmitidos para um console de operação local e um centro de operação do sistema localizado no Distrito Federal. No teste para a troca do gateway foram preservados os protocolos dos equipamentos existentes atualmente em operação, neste caso IEC60870-5-101 para controle e IEC60870-5-103 e DNP3 para proteção. Os pontos oriundos destes equipamentos foram simulados em seus protocolos originais para verificação da base de dados implementada no gateway de comunicação no console de operação local e no centro de operação remoto.
6 Depois de verificada a correta implementação da base de dados pode ser feito o teste simulando as novas unidades de proteção e controle que substituirão as que se encontram em operação, já desatualizadas. Este teste se deu importando o arquivo SCD gerado pelo software de configuração dos dispositivos inteligentes. Quando importado o arquivo de configuração a chance de que ocorram erros humanos é ínfima, pois serão carregados os mesmo dados disponíveis nos dispositivos inteligentes. 5. Conclusões A utilização de simuladores durante os testes de um sistema de controle a automação de subestação, na ausência de IEDs na rede, mostrou-se muito vantajosa uma vez que ele pode disponibilizar as informações necessárias para que o teste seja executado por completo. Além disso, sua interface com o usuário é simples e intuitiva. É clara sua aplicação para testes em fábrica de sistemas de automação de energia, em cenários tais como: Expansão de Bays em subestações existentes; Validação de sistemas de IHM e Gateway na ausência dos IEDs e painéis de proteção e controle; Verificação do comportamento do sistema de automação de energia em situações de retrofit No estágio atual da tecnologia empregada nas plantas elétricas a utilização deste tipo de simuladores vem se mostrando cada vez mais uma alternativa para a garantia do sucesso dos trabalhos e para a agilidade nas implementações. Além da visível otimização do tempo necessário para os testes, um ambiente controlado e simulado reduz substancialmente a probabilidade de atuações e desligamentos indevidos. Óbvio que para o teste ser bem desenvolvido é necessário o constante aprimoramento e desenvolvimento da equipe responsável pelos testes no conhecimento das novas tecnologias e, principalmente, das novas ferramentas.
7 BIBLIOGRAFIA [1] EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE), Nota técnica 13/14 Demanda de Energia 2050, disponível em: http://www.epe.gov.br/estudos/documents/dea%2013-14%20demanda%20de%20energia%202050.pdf. Acesso em junho/2015. [2] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMISSIONS (IEC), IEC 61850-6: Configuration language for communication in electrical substations related to IEDs - Ed.2