Sistemas de Automação de Subestações em IEC 61850

Alan Fernandes, PA - Sistemas, 23/08/2010 Sistemas de Automação de Subestações em IEC 61850 25 de outubro de 2010 Slide 1

ABB in Minerals Automation Speaker 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

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 Apresentação do simulador 25 de outubro de 2010 Slide 3

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.

IEC61850 Sistemas 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).

IEC61850 Sistemas 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)

IEC61850 Sistemas 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

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 25 de outubro de 2010 Slide 8

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 25 de outubro de 2010 Slide 9

Conceitos Tipos de Comunicação - Vertical Station Computer (IEC 61850 OPC Server) MMS Control Protection Control & Protection Control Protection Process Interface Process Interface Process Interface 25 de outubro de 2010 Slide 10

Conceitos Tipos de Comunicação - Horizontal Station Computer (IEC 61850 OPC Server) GOOSE Control Protection Control & Protection Control Protection Process Interface Process Interface Process Interface 25 de outubro de 2010 Slide 11

Conceitos Estrutura de dados: Logical Nodes Exemplo: operação (comando) de um disjuntor IHMI CSWI XCBR Comando executado Comando Disjuntor fechado Fechar Disjuntor Interface física Sistema Controle Campo

Conceitos Estrutura de dados: Logical Nodes

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 25 de outubro de 2010 Slide 14

Equipamentos e Instalações Switches 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 Instalações GPS 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

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

Integração da Automação de Processos e Elétrica Evolução Hoje, com 800xA e IEC61850 Process Workplace Power Workplace Control Room Control Process Instruments Process Control Server Departamentos separados de Elétrica e Processos Equipamentos específicos para o DCS Muitos fios para a Integração Pouca Informação do Sistema Elétrico Fieldbus System Network Controllers LV Switchgear Drives Motor starters Hardwired Serial buses Power SCADA Server Muitos protocolos e gateways de comunicação Sistema System separado Network para a automação Elétrica Protocol 1 Protocol 3 Gateway/Protocol Converter Protocol 2 Protection & Control IEDs Process Instrumentation Process Electrification Process Automation Substation Automation Power Management Power Automation

Integração da Automação de Processos e Elétrica Evolução Hoje, com 800xA e IEC61850 IEC61850 Connectivity Server OPC server CI 868 Profibus-PA Profibus-DP/V1 Benefícios ao cliente: Menos cabos Instalações simplificadas Alta performance Diagnósticos completos 25 de outubro de 2010 Slide 19 IO

Recursos de gerenciamento e monitoramento Power Managment 25 de outubro de 2010 Slide 20

Recursos de gerenciamento e monitoramento Power 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 25 de outubro de 2010 Slide 21

Recursos de gerenciamento e monitoramento Power 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 25 de outubro de 2010 Slide 22

Recursos de gerenciamento e monitoramento Energy Managment Ferramentas para visualização por usuário para monitoramento. Elaboração de metas e análise Uma visão imediata dos principais KPI s Clara indicação da potencial economia e oportunidades perdidas Obter informações detalhadas October 25, 2010 Slide 23

Recursos de gerenciamento e monitoramento Energy Managment October 25, 2010 Slide 24

Simulação Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850 Simulação Tela do Operador Integração com equipamentos de medição / Processo IHM / Sala de operação Remoto IED 25 de outubro de 2010 Slide 25

Simulação Sistemas de Automação em Subestações em IEC 61850 25 de outubro de 2010 Slide 26

DÚVIDAS? 25 de outubro de 2010 Slide 32