Cigré/Brasil CE B5 Proteção e Automação Seminário Interno de Preparação para a Bienal 2006 Rio de Janeiro, setembro/06
Dados do Artigo B5-109 EXPERIENCE WITH IEC 61850 IN THE REFURBISHMENT OF AN IMPORTANT EUROPEAN 380 KV SUBSTATION S. LAEDERACH *1, W. BAASS 2, K.P. BRAND 2, P. REINHARDT 2 1 Nordostschweizerische Kraftwerke AG (NOK) 2 ABB Switzerland Ltd - Switzerland
Objetivo Após a publicação da norma IEC61850, o retrofit parcial da Subestação em 380kV de Laufenburg na Suiça foi um dos primeiros projetos a utilizar esta norma Dos 17 bays existentes, 7 estão sendo modernizados até o final de 2006 Uma solução passo a passo foi adotada para minimizar a interrupção do serviço IEC61850 foi escolhido pelas características à prova de futuro Equipamentos novos e existentes de terceiros foram integrados no sistema de automação da subestação Experiência valiosa no uso do IEC61850 foi obtida, tanto para o proprietário da subestação quanto para o fabricante O primeiro bay foi colocado em serviço em Dezembro de 2004, com mais três bays durante 2005 Todos os objetivos do projeto foram alcançados
IEC61850 A norma define regras específicas para se realizar a interoperabilidade entre funções e dispositivos usados para proteção, monitoramento, controle e automação em subestações independente do fabricante Também aborda aspectos de concepção, exigências de protocolos, instruções de testes, etc Para explorar todos os benefícios do IEC61850 sua aplicação exige consideração cuidadosa das necessidades do cliente assim como dos equipamentos disponíveis Isto especialmente se aplica quando da modernização de subestações Interoperabilidade significa a capacidade de dois ou mais dispositivos eletrônicos inteligentes (IEDs) de um ou diversos fabricantes trocarem informações e de usá-las na realização de suas funções e na correta co-operação
Localização da subestação de Laufenburg
Visão geral da subestação de Laufenburg
Modernização completa dos bays Um novo equipamento de manobras em 380kV foi instalado Retrofit civil Retrofit equip. primário Retrofit equip. Secundário Substituição completa de cada bay em intervalos de 3 meses GIS compacta com disjuntor, seccionadoras, chave de aterramento, TCs e TPS
Retrofit de painéis de proteção e controle Antes Depois
Configuração do novo sistema de automação Descrição do projeto Retrofit livre de interrupções: Alimentador por alimentador IEC61850: Extensão da especificação existente M1/M2 de diferentes fabricantes Integração com Estação IHM existente de terceiros
Especificação do projeto A norma possui impacto em todas as atividades relacionadas à área de proteção e automação de subestações Os principais pontos são: como implementar a norma na prática, o que deve ser feito pelos fabricantes, e como especificar os sistemas de proteção e automação de subestações, o que deve ser feito pelos usuários, tais como concessionárias O primeiro passo da especificação refere-se à funcionalidade, que deve ser baseada no diagrama unifilar e nas funções de proteção e controle necessárias Neste projeto foi meramente exigido que a comunicação deveria atender a norma IEC61850. A adição deste breve comentário à definição de funcionalidade e os requisitos do retrofit foram suficientes Nenhum detalhe adicional foi necessário
Por que o IEC61850 foi escolhido? Uso de uma norma aceita internacionalmente Necessidade de manter o sistema de automação existente, mas complementá-lo com novos equipamentos à nível de bay e comunicação aberta Capacidade para migração futura para novos equipamentos à nivel de estação sem adaptação aos equipamentos instalados Independência na seleção do fabricante para Substituição do nível de estação Melhoria dos componentes ainda não substituídos e/ou extensões Reutilizar os esforços de engenharia Uso de modernas ferramentas Uso de modelo de dados Padronização do arquivo de configuração Utilizar vantagens da alta velocidade da comunicação Ethernet
Lista de sinais e modelo de dados (data model) A lista de sinais convencional fornecida pelo proprietário da subestação foi traduzida no modelo de dados (data model) conforme o IEC61850 pelo fabricante usando os dados mandatórios e opcionais O modelo de dados consiste em Nós Lógicos (Logical Nodes) que contêm todos os dados pertencentes a mesma função básica, por exemplo, proteção de sobrecorrente. Os Nós Lógicos são sempre agrupados em Dispositivos Lógicos, por exemplo, proteção de bay, que por sua vez são implementados em Dispositivos Físicos, por exemplo, relés de proteção
Experiência com serviços (services) Serviços são procedimentos padronizados de acesso a dados O comando Selecionar Antes de Operar definido pela norma não estava de acordo com a necessidade do cliente. Fabricante e cliente resolveram juntos o problema O uso da maioria dos Serviços não é especificado explicitamente pelo cliente, mas implicitamente dado pelos requisitos de funcionalidade e performances. Esta experiência mostra que Serviços, que possuem impacto direto na filosofia do usuário ou nos procedimentos operacionais, devem ser considerados com atenção especial Este é também um dos poucos casos nos quais os usuários do IEC61850 devem reconsiderar ou adaptar seus conceitos
Integração de dispositivos de terceiros Atendendo a filosofia do cliente, a proteção principal M1 (ABB) é suplementada pela proteção principal M2 (Siemens) O M2 foi especificado e fornecido com uma interface em conformidade com o IEC61850 (arquivo ICD IED Capability Description) não havendo dificuldade de integração Componentes existentes sem a interface IEC61850 foram conectados ao novo sistema de automação baseado em IEC61850 através de conversores de protocolo (IEC60870-5-101)
Ferramenta de integração e engenharia O modelo de objeto do IEC61850 fornece uma quantidade enorme de dados úteis Os dados contêm a semântica completa (significado no contexto) da subestação, tanto para a operação quanto para a manutenção, sendo também usado para troca dados entre IEDs O IEC61850 também fornece descrições formais padronizadas através do SCL, que cobre as capacidades do IED (arquivos ICD), o diagrama unifilar com as funções alocadas (arquivo SSD) e a configuração geral do sistema (arquivo SCD) Para tratar todos estes dados de maneira profissional, garantindo sua consistência, torna-se necessário uma ferramenta de engenharia consistente que garanta a integração do sistema A ferramenta é especialmente útil na configuração do conversor de protocolo e na integração de dispositivos de terceiros, assim como em expansões futuras
Testes e comissionamento Os testes e comissionamentos foram conduzidos como qualquer outro retrofit de sistema de automação de subestações e concluídos pelos testes de aceitação O FAT provou que o sistema completo podia realizar as propriedades especificadas no contrato antes de deixar a fábrica. O SAT (Site Acceptance Tests) concluiu o comissionamento e provou que o sistema opera adequadamente, podendo ser dividido em duas partes Conexão correta do equipamento primário Correnta transferência de dados para pontos dentro e fora da estação, como o NCC O IEC61850 simplifica o SAT tendo em vista que assegurando a correta conexão de todas as interfaces externas, a consistência dos dados e o comportamento lógico das funções não podem desviar do estado conhecido através do FAT Em Laufenburg, tanto o FAT quanto o SAT foram realizados bay a bay.
Experiência operacional A aplicação de uma nova tecnologia em um ambiente operado comercialmente sempre traz riscos e todos devem estar cientes de um potencial número de problemas durante a fase de implementação Alguns problemas foram encontrados durante os seis primeiros meses de operação, nenhum sendo crítico, tendo em vista o conceito e estratégia aplicados ao projeto desde o início Esforço conjunto do fabricante e do proprietário da subestação garantiu a solução dos problemas dentro de um tempo razoável O sistema de proteção e controle, o barramento e a comunicação com a estação e o centro de controle remoto estão operando de maneira estável e mostrando-se com alta performance
Conclusões A cooperação conjunta entre o proprietário da subestação e o fabricante, atuando também como o integrador do sistema, garantiu que os objetivos do projeto fossem alcançados As experiências adquiridas durante todas as fases do projeto, desde a especificação até o comissionamento foram consideradas excelentes Sob o ponto de vista do integrador do sistema, a integração de dispositivo de proteção de terceiros não trouxe problemas (cabe ressaltar a importância dos testes de interoperabilidade conduzidos com outros fabricantes durante a elaboração da norma) O uso do SCL ajudou bastante a engenharia, na configuração do conversor de protocolo e durante os passos das modernizações dos demais bays.
Conclusões As ferramentas e o completo processo de engenharia conforme IEC61850 foram verificados pelo sucesso na integração do sistema Pelo lado do proprietário da subestação pode-se notar que a primeira experiência operacional com o sistema em serviço é bastante positiva O modelo de dados permite por exemplo uma instalação livre de problemas de um novo nível de estação com o nível de bay existente sendo mantido e também a modernização dos bays restantes O cenário de migração provou ter sucesso e pode ser usado para outras subestações
Respostas às questões do REP Question 1.6: Do utilities really need a detailed specification of the required object model in their specification and what are the benefits of not having it specified in great detail? Resposta: Conforme o artigo, neste projeto foi meramente exigido que a comunicação deveria atender a norma IEC61850. A adição deste breve comentário à definição de funcionalidade e os requisitos do retrofit foram suficientes. O uso da maioria dos Serviços não é especificado explicitamente pelo cliente, mas implicitamente dado pelos requisitos de funcionalidade e performances. Esta experiência mostra que Serviços, que possuem impacto direto na filosofia do usuário ou nos procedimentos operacionais, devem ser considerados com atenção especial
Respostas às questões do REP Question 1.7: Is it true that the role of the integrator can only be outsourced by smaller utilities and what are the related experiences around the world? Resposta: Embora não haja referência sobre a frase acima no artigo, entende-se que o papel do integrador pode e deve ser delineado tanto por grandes quanto por pequenas concessionárias. Em particular, tendo em vista inclusive a originalidade do trabalho, é difícil citar outras experiências relacionadas.
Respostas às questões do REP Question 1.8: It is stated, that the logical nodes provided in IEC 61850 need to be extended and new logical nodes need to be created for projects. Is this the general experience among users of IEC 61850 or is this a result of using devices not originally designed for IEC 61850 as first generation equipment? Resposta:
Respostas às questões do REP Question 1.9: What are the experiences with the use of SCL, especially with the use of the SSD and SCD files to describe the substation functionality and configuration? Resposta: Conforme o artigo e outros documentos de referência o uso dos arquivos padronizados dos IEDs e da configuração da subestação facilita a implementação da automação. Permite que grande parte dos manuseios de dados e lógicas atuais sejam realizados de maneira mais automática.