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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

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DÚVIDAS?