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. BAASS2, K.P. BRAND2, P. REINHARDT2

• 1Nordostschweizerische Kraftwerke AG (NOK)

• 2ABB 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.