Automação Subestações Industriais

© ABB Group - 1 2-Sep-08
Luis Fabiano
21/ago/2008
Automação de Sistema
Elétrico - IEC61850 com
SCADA
Sistemas de automação de subestações
Típico sistema de automação elétrica em indústrias
LT AÉREA 69kV
LT AÉREA 69kV
LINHA 2
LINHA 1
TF-03
TF-02
TF-01
RS232
Protocolo
Proprietá
Proprietário
Concentrador
de
comunicação
Conversor
RS232/RS485
RS485
CLP
© ABB Group - 2 2-Sep-08
Modbus
CLP
CLP
Automação de
Processos
CLP
Automação de
Processos
Automação de
Processos
Funcionalidade da automação elétrica
Medição remota de valores do processo
Aquisição remota de estados do processo
Controle remoto de objetos controláveis
Proteção e monitoramento com acesso remoto
© ABB Group - 3 2-Sep-08
Análise de faltas e distúrbios
Informação para
manutenção
CB
Características da automação elétrica
Gerenciamento de todo o sistema
Baseado em componentes padronizados
Tecnologia de uso comprovado
Funcionalidade e arquitetura expansíveis
Medição remota de valores do sistema
Aquisição remota de estados do sistema
Controle remoto de objetos controláveis
Menos impacto ao processo devido à redução de desligamentos
Maior segurança operacional
Melhoria de acesso aos dados das subestações
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Decisões rápidas com dados mais precisos
Redução de tempo para localizar e resolver problemas
Benefícios e perspectivas operacionais
Referência: Newton- Evans Market Research Study
Principal interesse relacionado ao
retrofit de SEs ou novas e modernas
SEs:
•
•
© ABB Group - 5 2-Sep-08
•
70
69
68
67
A : Menos impactos ao processo
% 66
devido à redução de desligamentos
65
B: Decisões rápidas com dados
mais precisos
64
C: Melhoria ao acesso de dados em
63
SEs
62
A
B
C
Benefícios operacionais
Operational
Benefits
Benefícios e perspectivas operacionais
Referência: Newton- Evans Market Research Study
Principal interesse relacionado ao
retrofit de SEs ou novas e modernas
SEs:
•
•
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•
A : Redução de tempo para
localizar e resolver problemas
B: Redução de custo de
manutenção em equipamento
primário
C: Redução de custo de
manutenção de equipamentos de
proteção e controle
80
70
60
50
% 40
30
20
10
0
A
B
C
Benefícios
financeiros
Financial
Benefits
Sistema baseado em solução centralizada
Centro de Controle
Diagnósticos
Nível de controle remoto
IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104
Nível de comunicação remota
WEB IHM integrado
IEC60870-5-101/-104
Barramento de estação IEC 61850-8
Nível de estação
Nível de bay
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Dispositivos de bay (IED)
Nível de processo
Sistema baseado em solução distribuída
Soluções distribuídas para todos os
tipos de aplicações
Principais características
Dispositivos de estação distribuídos
Funcionalidade e arquitetura
escalonáveis
Arquitetura desde simples até
redundante
Funções básicas e avançadas
Aplicável em grandes sistemas
Grande número de IEDs
Elevado desempenho
Flexibilidade extremamente elevada
Funcionalidade
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Topologia de comunicação
Funcionalidades básicas
Lista de bloqueios
Supervisão do sistema
Supervisão de
equipamentos
Medições
Controle
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Alarmes
Operação segura
Seqüência
de eventos
Gerenciamento do
usuário
Calendário
Funcionalidades avançadas
Parametrização do IED
Manuseio de
Oscilografia
Tendências
Análise de Contagem de trip
oscilografia
Rejeição de carga
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Relatórios de medição
Seqüência
automática
Alarme externo
Coloração de barra
dinâmica
Interface amigável com operação segura
1. Selecione o objeto
2. Selecione abrir e fechar
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3. Selecione
executar/cancelar
Norma IEC61850 para automação de subestações
Proteção
1
Proteção
2
MVB,CAN
Interface Processo
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Estação
Gateway
Funções
centrais
IHM
Proteção
& Controle
Proteção
1
Proteção
2
outros
Interface Processo
Interface Processo
Norma IEC61850: exigências de mercado
Sistemas de Automação de Subestações com IEDs e comunicação serial têm sido
muito bem aceitos no mercado (ABB já entregou 5000 sistemas)
Dispositivos numéricos com comunicação serial de diferentes fabricantes possuem
dificuldade em ser combinados em um sistema como em arranjos antigos
(eletromecânicos) devido a falta de um padrão (apenas com um esforço não
econômico)
O mercado altamente competitivo, global, exige uma norma
performance competitiva
redução de custo
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Tanto fornecedores quanto concessionárias são empresas globais e exigem
integração
Norma IEC61850: exigências de mercado
O mercado global
necessita de uma norma global
padrão que suporte todas as filosofias de operação e concepção
Combinação de dispositivos
pelo menos da maneira como cabos de cobre
Redução de custo
pela competição
por funções mais inteligentes
Redução de custo
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para investimentos
operação e manutenção
Padrão aberto, à prova de futuro
para salvaguardar os investimentos
com relação aos fornecedores e melhoria da tecnologia
para futuras extensões de bays ou funções
IEC61850: Modelo de Dados
Modelo real para modelo abstrato
61850-7-2
Serviços
Mundo real encapsulado
MMS
Virtualização
(Mundo virtual)
Mapa
Rede
TCP/IP
Logical device (Bay)
LN
LN
LN
XCBR1
SCSM, i.e.
61850-8-1
Position
...
Mode
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61850-7-4 “logical
node” (disjuntor)
61850-6
Arquivo configuração
Dispositivos
reais na
subestação
61850-7-4 “data”
(Posição)
IEC61850: Modelo de Dados
Objetos típicos aos engenheiros de sistemas elétricos
SIMG
SIMG
XSWI
CSWI
XSWI
TVTR
SIMG
PTRC
CSWI
PTOC
CSWI
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TCTR
XCBR
Tecnologia primária (Switchgear)
Tecnologia
secundária
(Automação de
subestações)
Arranjo de subestação convencional
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Histórico
Arranjo de subestação com automação
© ABB Group - 18 2-Sep-08
Evolução
Arranjo de subestação com IEC61850
Revolução
Controle remoto(NCC)
Computador
estação
Estação
Gateway
Escritório
SMS & PCM
TCP/IP LAN
Nível Estação
Barramento Estação ou Interbay (LAN)
IEC61850-8-1
Controle
Proteção
Controle &
Proteção
Proteção
Controle
Nível Bay
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Barramento Processo (LAN)
IEC61850-9-2
Nível Processo
Interface Processo
Interface Processo
Interface Processo
Sistemas de automação de subestações
Típico sistema de automação elétrica em indústrias
LT AÉREA 69kV
LT AÉREA 69kV
LINHA 2
LINHA 1
TF-03
TF-02
TF-01
RS232
Protocolo
Proprietá
Proprietário
SSLTA 88
SRS485M
SRS485M
RS485
RS485
SREDU/M
Networ k Partner
SERVICE
RS232
1MRSC60029
1MRSC60028
1MRSC60028
1MRSC60028
1MRSC60028
1MRSC60028
1MRSC60028
Concentrador
de
comunicação
Conversor
RS232/RS485
RS485
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Modbus
NOTA:
Rede de engenharia (parametrização, oscilografia, etc) ?
Sincronização de tempo (GPS) ?
Interface de controle ?
CLP
Protocolo (?)
Ethernet: Maior capacidade e melhor desempenho
Comunicação serial x ethernet
Modbus/DNP3.0
Proprietários
Comunicação serial
baud rate:
9600/19200/38400 bps
SCADA
Sincronização
IEC61850
Info - Reports
IEC61850
GOOSE
IEC61850
SNTP
ETHERNET
100 Mbits
Param. &
Oscilo
© ABB Group - 21 2-Sep-08
SCADA
IEC61850
Parametrização
IEC61850
Oscilografia
Sincronização
Param. &
Oscilo
Rede de automação, engenharia e sincronismo
SCADA
IEC61850 em anel
GPS
SWITCH
SWITCH
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Engenharia
SWITCH
SWITCH
SWITCH
SWITCH
SWITCH
IEC61850: Comunicação Vertical
Estação de controle
Nível estação
HMI
Comunicação
vertical serial
“Aspirador de pó”
IEC 61850
Nível de bay
Controle
Estação
Computador
Proteção
Cabos paralelos
(vertical)
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Cabos paralelos
horizontal ?
Nível de processo
para NCC
Interface Processo
Exemplos:
Comandos
Eventos
Proteção
& Controle
Interface Processo
Gateway
Controle
Proteção
Interface Processo
SEs (Equipamentos, Processo)
IEC61850: Comunicação Vertical
Estação de controle
Nível estação
Comunicação
Vertical serial
“Aspirador de pó”
Nível bay
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Exemplos:
Amostras
Trips
Posições
Nível processo
HMI
para NCC
Estação
Computador
Exemplos:
Comandos
Eventos
Gateway
IEC 61850
Controle
Proteção
Interface Processo
Proteção
& Controle
Interface Processo
Controle
Proteção
Interface Processo
SEs (Equipamentos, Processo)
IEC61850: Comunicação Horizontal
Estação de controle
Nível estação
Comunicação
Vertical serial
“Aspirador de pó”
Nível bay
HMI
para NCC
Estação
Computador
IEC 61850
Gateway
IEC 61850
Controle
Comunicação
Horizontal serial
Exemplo:
Bloqueios
Desbloqueios
Estados
Proteção
Proteção
& Controle
Controle
Proteção
Comunicação
Vertical serial
© ABB Group - 25 2-Sep-08
Interface Processo
Nível processo
Interface Processo
Interface Processo
SEs (Equipamentos, Processo)
© ABB Group - 26 2-Sep-08
Modernização de painéis existentes
Incidência de arcos elétricos
Maior exposição a riscos e acidentes
Sem operador,
25%
© ABB Group - 27 2-Sep-08
Com operador em
frente a uma
porta fechada,
10%
Com operador manuseando
chaves de manobra, 65%
Riscos em eletricidade
© ABB Group - 28 2-Sep-08
Eletricista deve estar apto a identificar e quantificar o perigo
e utilizar ferramentas, equipamentos e procedimentos
adequados
© ABB Group - 29 2-Sep-08
Modernização de painéis existentes
Justificativas para a automação elétrica
Modernização de painéis, cubículos, etc
Modernização de subestações
Ampliação de subestações
Integração de relés numéricos existentes: automação
Desenvolvimento de automatismos
Uso e adequação à Norma NR-10
Diminuição de custos de operação, manutenção
© ABB Group - 30 2-Sep-08
Melhoria de desempenho do sistema ou subestação