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Aumento da Confiabilidade de Esquemas de Proteção e Controle em IEC 61850

com o uso de Message Quality

Douglas Oliveira - SEL Geraldo Rocha - SEL Paulo Franco - SEL

Introdução – Norma IEC 61850

• Estabelece as funcionalidades dos protocolos de comunicação vertical e horizontal dentro de uma subestação

Relé de Proteção

Relé de Proteção

Relé de Proteção

Relé de Proteção

Relé de Proteção

Relé de Proteção

Controlador de

Automação

Programável

Switch A Switch B

Gateway B

Switch C

Gateway A

Web

Centro de

Operação

Remoto

Acesso de

Engenharia

GPS

IHM

Operação Local

Antena

Firewall

Características da Norma IEC 61850

• Comunicação de alta velocidade em rede Ethernet

• Interoperabilidade de equipamentos de diferentes fabricantes

• Significativa redução da quantidade de cabos utilizados

• Menor possibilidade de obsolescência no futuro

Arquiteturas de Redes de Comunicação Ethernet

• Estrela Simples

IED 01

A B

IED 02

A B

IED 03

A B

SWG SWITCHGERENCIÁVEL


• Anel

IED 01

A B

IED 02

A B

IED 03

A B

SWGSWG


• Estrela Dupla

IED 01

A B

IED 02

A B

IED 03

A B

SWGSWG

Monitoramento de Redes de Comunicação Ethernet

• Link de dados

MaxTime

Mensagens GOOSE

Mudança de estado de uma das variáveis

• Relacionadas a um DataSet

• Messagens repetidas em intervalos de tempo pré-determinados

• Intervalos menores entre mensagens na ocorrência de mudança de estado de uma das variáveis

MaxTime 4 8 16 ms

...

Monitoramento de Redes de Comunicação Ethernet

• Mensagens GOOSE

Identificação da integridade do canal de comunicação

• Message Quality

Seletividade Lógica

• Princípio de funcionamento:

– Proteção de sobrecorrente

– Existência de comunicação (inputs / outputs ou via rede) entre os relés

• Resposta praticamente instantânea – intervalos de coordenação de 50 a 150 ms tipicamente

11 Copyright SEL® 2013

Falta no Alimentador

Carga

F

A

G

I

Relé

Relé

Carga

Carga


Coordenação de Sobrecorrente Típica

Tem

po

Corrente

Geral

Alimentador

Fusível


Falta na Barra

Copyright SEL® 2013 14

Carga

F

A

G

I

Relé

Relé

Carga

Carga

Disjuntor Geral Opera Com Temporização Para Falta na Barra

Tempo

Corrente

Geral

Alimentador

tmin

Imax

tmax

Imin


Falta no Alimentador


Relé

Relé

Relé

Relé

Ifalta

Ifalta

Bloqueio


Seletividade Lógica Com Falha de Disjuntor

SEL-351

SEL-351

SEL-351

SEL-351

Ifalta

Ifalta

Relé

Relé

Relé

Relé

Falta na Barra


Ifalta



IN + -

50 50/51

Partida Bloqueio

Carga

F A

G

I

Relé

Relé

Carga

Carga



52 BA

52a

+

-

IN1 GERAL

Disjuntor Geral

OUT2 ALIM.

OUT1 GERAL

Bloqueio 50/51

Disjuntor do Alimentador

52 BA

52a

+

-

OUT1 ALIM.

86B (BF)

86 (BF)

OUT3 ALIM.

Trip 50BF

+

-

Aplicação com IEC 61850

• O uso da IEC 61850 permite que o sinal de bloqueio seja transmitido via rede de comunicação, dispensando os contatos de saída e entradas digitais físicas

• A comunicação entre os IEDs é ainda constantemente monitorada (bit quality), podendo o esquema ser desabilitado em caso de falha na rede


Seletividade Lógica com IEC 61850


52 BA

52a

+

-

IN1 GERAL

Disjuntor Geral

OUT2 ALIM.

OUT1 GERAL

bloqueio 50/51


52 BA

52a

+

-

OUT1 ALIM.

86B (BF)

86 (BF)

OUT3 ALIM.

Trip 50BF

+

-

Falha do Disjuntor

Falha do Disjuntor

Bloqueio por Seletividade

Lógica

Relé Geral: VB02, VB04

Relé Geral: VB01, VB03

50BF PKP_OC



52 BA

52a

+

-

IN1 GERAL

Disjuntor Geral

OUT2 ALIM.

OUT1 GERAL

bloqueio 50/51


52 BA

52a

+

-

OUT1 ALIM.

86B (BF)

86 (BF)

OUT3 ALIM.

Trip 50BF

+

-



SW

ITC

H A

Bay Controller

Proteção

Ifalta

Ifalta+carga

SW

ITC

H B

Bay Controller

Proteção

Bay Controller

Proteção

Bay Controller

Proteção

TRIP (HARDWIRED)

GOOSE(Sinal de Bloqueio = 1)

GOOSE(Sinal de

Bloqueio = 1)

Aberto com sucesso

A

A

AB

B

B

BA

Conexão Ethernet

SWITCHES REDUNDANTES

SW

ITC

H A

Bay Controller

Proteção

Ifalta

Ifalta+carga

SW

ITC

H B

Bay Controller

Proteção

Bay Controller

Proteção

Bay Controller

Proteção

TRIP (HARDWIRED)

GOOSE(Sinal de Bloqueio = 1)

GOOSE(Sinal de

Bloqueio = 1)

Aberto com sucesso

A

A

AB

B

B

BA

Conexão Ethernet

SWITCHES REDUNDANTES



50P2

CCOUTnn Comunic

Ethernet

B

A Relé do Alimentador

100 ms

0 50P2

CCINnnn Comunic

Ethernet

A

B

Relé do Transformador

SWITC

H A

SW

ITCH

B

50G2

Sinal de Bloqueio (Alimentadores)

Message Quality (Falha na Comun.= 1;

Comunic. OK = 0)

TRIP

50G2

CONCLUSÃO

• Norma IEC-61850 traz benefícios reais para as subestações

• A rede de comunicação deve apresentar alta confiabilidade e disponibilidade

• As possíveis falha de comunicação devem ser identificadas pelos IEDs e tratadas nas lógicas

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