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Avaliação do Impacto em Comissionamento e Testes de

1. LIED L po E 0000 1 90007 Doom oooo ooo Wo r EFACEC EFACEC EFACEC EEACEC EEACEC EFACEC pa Esse TSA amp RN Tp MT Bateria de Sa da MT SB MT Sa da MT Condensadores EDIF CIO DE COMANDO Figura 2 7 Arquitetura Ethernet em protocolo CEI 61850 2 3 4 Principais componentes de um Sistema de Prote o Comando e Controlo 7 Neste ponto tomar se a um conhecimento b sico dos principais componentes que comp em os SPCC s nomeadamente dos componentes que constituem o nivel 1 e 2 Nos pontos a seguir ser feita uma breve descri o desses mesmos componentes i Dispositivo Eletr nico Inteligente A cada tipo de painel presente na SE devem estar associados IED s os quais atrav s das suas entradas e sa das externas permitem a intera o com os equipamentos existentes na instala o e o correto funcionamento do SPCC O n mero total de entradas e sa das por 24 painel ou IED est dependente da tecnologia e capacidade de integra o dos diversos dispositivos que comp em o SPCC as quais est o identificadas em 8 Os IED s t m como principais tarefas 4 e Execu o de fun es de automa o prote o comando e controlo do processo nivel O SE AT MT e Respons veis pela aquisi o de informa o proveniente do processo como sinaliza es e medidas bem como pela emiss o de ordens para o processo por solicita o das fun es
2. VO Dados A interface Peer to Peer uma interface Abstrata para r pida e confi vel distribui o de eventos para todo o sistema entre uma aplica o de um dispositivo e muitas aplica es remotas em diferentes dispositivos editor subscritor A comunica o Peer to Peer prev servi os para troca de mensagens GOOSE do tipo multicast e para troca de valores amostrados sampled values do tipo multicast ou unicast 66 Dados ou editor Atributos Agrupado em Data Sets Status multicast Value Figura 4 9 Modelo de comunicacao peer to peer para mensagens GOOSE 26 4 9 Tipos de Comunica es Como referido na sec o 2 3 1 uma SE pode ser dividida em tr s grandes n veis como sendo o nivel da Esta o IHM o nivel das Unidades de Painel IED s e o nivel de Processo SE parte de pot ncia Assim sendo as comunica es numa SE podem ser classificadas em dois grandes tipos comunica es verticais e horizontais 4 9 1 Comunica es Verticais 19 O tipo de comunica o vertical realizado entre diferentes n veis da SE onde as informa es s o transferidas no modo Cliente Servidor denominado MMS do ingl s Manufacturing Message Specification como por exemplo as informa es de configura o e operacionais SCADA e s o disponibilizadas ao operador atrav s da IHM O Servidor normalmente um IED fornece os dados ao Cliente que pode n o ser nico e que e
3. Atributos Atributos Atributos Objeto de Dados Atributos Atributos Atributos Objeto de Dados Atributos Atributos Atributos Objeto de Dados Atributos Atributos Atributos N L gico LN Atributos Atributos Atributos Objeto de Dados Atributos Atributos Atributos Objeto de Dados Atributos Atributos Atributos Objeto de Dados Atributos Atributos Atributos N L gico LN Figura 4 1 Modelo de dados do IED segundo a Norma CEI 61850 24 4 7 N s L gicos Todas as fun es de um SAS tal como supervis o controlo e prote o s o decompostas em LN s sob um nome nico definido pela CEI 61850 25 os quais s o alocados num ou mais LD s Os LD s s o compostos por um grupo de LN s que al m de interagirem internamente podem interagir externamente com os LN s de outros PD s De forma a possibilitar a troca de dados os LN s s o interligados por Liga es L gicas LC do ingl s Logical Connection alocadas a Liga es F sicas PC do ingl s Physical Connection 21 Portanto todo o LN parte de um PD e toda a LC parte de uma PC Estes aspetos est o salientados na Figura 4 2 S Fun o de prote o controlo ou supervis o de um SAS Meio F sico Figura 4 2 Intera o dos Nos L gicos 21 62 A informa o trocada entre LN s descrita por PICOM s do ingl s Piece of Information for COMmun
4. 122 8 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Sistemas de Prote o Comando e Controlo Num rico SPCC Dispositivos Eletr nicos Inteligentes IED Entradas e Saidas externas generalidades 2007 Disponivel em http www edpdistribuicao pt gt profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Generalidades Acedido em 03 20131 9 Efacec Automa o Sistemas de Prote o Comando e Controlo em Forma o SPCC EDP 10 ABB Forma o em Sistemas de Prote o Comando e Controlo Arquitetura SPCC IEC 61850 em Forma o SPCC EDP 2012 11 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Sistemas de Prote o Comando e Controlo Num rico SPCC Fun es de Prote o DEF C13 570 N 2007 Dispon vel em http www edpdistribuicao pt gt Profissional gt Projeto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Especifica o Funcional Acedido em 02 2013 12 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Ensaios de funcionamento e verifica es gerais Protocolo de Ensaios DPE C13 500 N 2007 Dispon vel em http www edpdistribuicao pt gt profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Generalidades Acedido em 03 2013 13 J M Gers e E J Holmes Installation t
5. Para o teste de interoperabilidade devem ser conectados RLC dois ou mais IED s de diferentes fabricantes ou n o devendo ser geradas e transmitidas mensagens CEI 61850 Verifica se assim a capacidade dos IED s exportarem informa o para IED s e usar informa o de outros IED s para realizar as suas funcionalidades corretamente Com isto pretende se detetar qualquer tipo de problema potencial de interoperabilidade entre os elementos funcionais e ou subfun es que s o integradas no IED ou no sistema sob teste 34 36 Para a realiza o dos ensaios o equipamento de teste deve ser capaz de simular as mensagens Na impossibilidade de tal simula o possivel optar por uma abordagem mais realista Esta abordagem passa pela utiliza o dos pr prios equipamentos do SAS para gerar as mensagens desde que se disponha de um analisador compativel com a Norma CEI 61850 capaz de analisar as mensagens GOOSE e demais mensagens geradas pelos IED s Isto torna se uma mais valia para as equipas de ensaio que n o possuem os equipamentos de teste capazes de gerar tais mensagens Uma abordagem t pica de um teste de interoperabilidade estruturado inclui entre outros o seguinte 36 e Teste de interoperabilidade da rede LAN ethernet Esta pode ser dividida em varias redes virtuais VLAN do ingl s Virtual Local Area Network para melhorar o desempenho O teste consiste na verifica o da distribui o das mensagens GOOSE restritas a
6. Sistema El trico Modelado So Sane Pr a g o Switch i assa asas R A Interface com Usu rio Ao cart o GTWIF Rede LAN EEE r i Ed GINET Network Interface Mensagens GOOSE 18 Sampled Values Woo g IE Sampled Values Rel de Sincronizador E Prote o 1PPS RTDS Figura 5 17 Esquema de montagem para ensaios segundo a Norma CEI 61850 28 102 103 De forma mais pr tica apresentado na Figura 5 17 as liga es f sicas dos ensaios referidos vis vel a comunica o entre os cart es GTNET e o rel de prote o implementada via ethernet atraves dos enlaces f sicos 1A 1B e 2 Uma vez que o RTDS presente na FEUP n o possui todos os acess rios necess rios aos ensaios referentes conformidade da Norma CEI 61850 n o foram efetuados quaisquer tipos de ensaios com este sendo que em 28 foram colocados em pr tica alguns ensaios nomeadamente referentes as mensagens GOOSE onde foram colocados em compara o com os ensaios convencionais Segundo os resultados obtidos ao longo dos diferentes ensaios foram retiradas algumas conclus es as quais s o citadas nos pontos abaixo de forma resumida e Verificou se que para o esquema com interface convencional o tempo gasto nas interfaces entre o rel de prote o e o equipamento de teleprote o de ambos extremos da linha representa mais de 50 do tempo de transfer ncia total do sinal
7. o Introdu o e resumo geral da Norma CEI 61850 incluindo outras partes na Norma Composta pelo gloss rio de terminologia espec fica e defini es usadas no contexto de SAS das v rias partes da Norma CEI 61850 Requisitos gerais da rede de comunica o com nfase nos requisitos de qualidade Contempla ainda instru es de condi es ambientais e servi os auxiliares Contempla o planeamento do projeto e sistemas no que diz respeito Engenharia de processo e suas ferramentas de suporte Ciclo de vida total do sistema e dos seus IED s garantia de seguran a a come ar com o est gio de desenvolvimento e terminar com a descontinua o e descomissionamento do SAS e modelos dos dispositivos As especifica es desta parte referem se aos requisitos das fun es aplicadas no SAS e aos modelos dos dispositivos Especifica a linguagem utilizada para a configura o dos IED s para descrever o esquema unifilar da SE e a rede de comunica es Cada dispositivo ir providenciar de um arquivo SCL com a sua pr pria configura o Detalha a arquitetura de comunica o de SE s parte principal por camadas e define os tipos de atributos e classes de dados comuns relacionados aplica o em subesta es Esta parte divide se em 4 sub partes 1 Principios e modelos 2 Interface de Servi os de Comunica o Abstrata ACSI 3 Classe de Dados Comuns CDC 4 Classes de LN s e Classes de
8. 44 45 especifica es de tempos de atua o fun es de rampa e inje es de correntes e tens es com as vari veis passo a passo Mas como todo este ensaio manual e atendendo as suas limita es de configura o este teste tera que ser sistematicamente adaptado a cada fun o a ensaiar Este o teste utilizado at ao momento no ensaio de SE s AT MT da Operadora da Rede Nacional de Distribui o como por exemplo na execu o de testes as fun es de sobreintensidade instant neo ou temporizado do rel de prote o Visualiza o do teste QuickCMC1 oe Saidas bin rias Saida bin 1 Saida bin 2 Saida bin 3 120 00 50 Saida bin 4 120 00 Entradas analogicas F10 F9 EL S vic 0 000 V Ide 0 0000mA F5 Fa Trigger ativado Entradas Binarias Trigger B B p me te fo N o usado Passo Rampa N o usado Saida VLIE Taman 0 000 V Passo auto Ep E N o usado Grandeza Magnitude z Tempo 1 000 N o usado E 3 E N o usado E Reinicial 500 0 ms N o usado Figura 3 8 Ambiente grafico do modulo QuickCMC 18 2 State Sequencer um m dulo de teste bastante flex vel para a determina o de tempos de opera o e sequ ncias l gicas de temporiza es Permite uma boa adapta o as especificidades que o comissionamento ao SPCC requer possibilitando a verifica o da correta atua o dos rel s da instala o dependendo das parametri
9. 6 2 1 Ferramenta de Configura o de Dispositivos Eletr nicos Inteligentes Ha muitas formas distintas de configurar os IED s Cada fabricante adota as suas pr prias ferramentas e filosofias As ferramentas propriet rias de cada fabricante geralmente n o suportam a configura o dos IED s de outros fabricantes Existe portanto a necessidade de conhecer e compreender a filosofia de cada fabricante Para realmente aproveitar as vantagens da CEI 61850 necess rio ter as ferramentas certas e as pessoas qualificadas que 106 107 possam usar essas ferramentas 47 Na Figura 6 1 a titulo de exemplo mostram se v rias ferramentas para os fabricantes de IED s mais implementados nas SE s de Distribui o AT MT PCM CCT Ah ED ED PRIDID DIGS Winprot SIEMENS Q etacec Figura 6 1 Softwares de configura o de IED s de diferentes fabricantes necess rio que toda a parametriza o dos IED s ocorra mediante o modelo de dados descrito nos arquivos SCL o que n o a realidade provida pelos fabricantes atualmente Geralmente ocorre a padroniza o da parte mandat ria para que haja comunica o entre os equipamentos e n o a sua completa parametriza o O principal objetivo da configura o do IED obter os arquivos SCL necess rios para a configura o do sistema arquivo ICD ou CID como descritos da sec o 4 12 Nesta configura o feita a descri o de cada IED no que se refere aos pontos de
10. o conforme a CEI 61850 Parte 4 ii Arquivo PICS do ingl s Protocol Implementation Conformance Statement que corresponde ao resumo das possibilidades de comunica o do IED ou SAS a ser testado iii Arquivo MICS do ingl s Model Implementation Conformance Statement que detalha o padr o dos elementos do objeto de dados suportado pelo IED ou SAS a ser testado 82 iv Arquivo PIXIT Anexo E do ingl s Protocol Implementation eXtra Information for Testing que cont m informa es especificas relativas ao IED ou SAS a ser testado e que est o fora do mbito da Norma v Arquivo de configura o da SE SCD e dos IED s ICD ou CID em Linguagem Universal de Configura o de Subesta es SCL conforme CEI 61850 Parte 6 e mostrado na sec o 4 12 vi Modelo de dados fornecido pelo fabricante conforme CEI 61850 Partes 7 3 e 7 4 vii Mapeamento dos modelos e interface de servi os de comunica o abstrata ACSI do ingl s Abstract Communication Service Interface fornecidos pelo fabricante conforme CEI 61850 Partes 7 2 8 1 9 1 e 9 2 Com a verifica o de conformidade melhorada a possibilidade para a interoperabilidade entre os dispositivos individuais integrados no SAS Assim fornecido o m ximo de confian a ao cliente de que o dispositivo sob teste interoperar com outros dispositivos certificados n o garantindo no entanto todas as fun es e servi os definidos pela Norma CEI 61850 assim como
11. o permitindo assim o ensaio da resposta do sistema sem interferir com o processo O PCL deve atender a um conjunto de crit rios fundamentais nomeadamente a minimiza o do tempo de resposta do sistema a maximiza o da disponibilidade do sistema a facilidade de manuten o do sistema e a flexibilidade de explora o e evolu o Na Figura 2 11 apresentado a titulo de exemplo um PCL TO wi 3 UNITE A A Figura 2 11 Posto de Comando Local 10 2 4 Fun es de Prote o 2 Um Sistema El trico de Energia est constantemente sujeito a perturba es nomeadamente ocorr ncia de defeitos que podem ser entre fases entre fase e terra podendo estes possuir ou n o resist ncia de defeito Em cada painel do edif cio de comando s o utilizadas fun es de prote o especificas definidas em 11 de acordo com o andar de tens o AT ou MT e dos equipamentos a proteger As fun es de prote o visam assegurar a vigil ncia do funcionamento da rede detetando defeitos e procurando elimin los o mais rapidamente poss vel de modo a garantir simultaneamente uma explora o segura com elevada qualidade e continuidade de servi o Para atingir estes objetivos as fun es de prote o devem reger se pelos seguintes principios e Sensibilidade suficiente para detetar todo o tipo de defeitos e Rapidez de resposta que permita garantir seguran a de pessoas e equipamentos e Seletividade de atua o minimizando a
12. o de verificar as interfaces de comunica o associadas aos IED s em teste O teste realizado geralmente em laborat rio para verificar se os IED s s o capazes de comunicar uns com os outros As liga es entre os IED s s o simplificadas para diminuir a complexidade do teste e as fun es relacionadas com a interoperabilidade normalmente n o s o testadas ii Testes de Interoperabilidade de Aceita o na Instala o 37 Os testes de interoperabilidade de aceita o no local da Instala o ensaios SAT t m como tarefa a verifica o ponto a ponto das comunica es sobre a rede LAN da SE sendo verificadas todas as conex es virtuais O teste tem uma import ncia vital para verificar se todas as conex es l gicas virtuais associadas a uma fun o distribuida est o conforme o projetado Para a realiza o dos ensaios SAT necess rio um conjunto de teste dedicado simula o das condi es da SE nomeadamente para gerar os sinais de corrente e tens o anal gicos ou digitais desejados para iniciar o teste Uma outra ferramenta necess ria um software capaz de analisar toda a informa o que transita na rede LAN Uma vez que os testes de interoperabilidade requerem verificar a comunica o entre equipamentos de diferentes fabricantes os testes em laborat rio devem ser realizados na entidade requerente como a Operadora da Rede uma vez que no laborat rio dos fabricantes dificilmente se ter o equipamentos de outr
13. A garantia da interoperabilidade n o depende apenas de uma norma bem definida mas tamb m de uma aceita o do mercado do desenvolvimento de novas ferramentas e a qualifica o de engenheiros t cnicos A CEI 61850 define rigorosamente e padroniza os Nos L gicos LN do ingl s Logical Node sec o 4 7 os dados e os atributos de dados sec o 4 6 necess rios para a interoperabilidade mas n o define quais os ensaios a realizar para garantir a interoperabilidade permanecendo a quest o fundamental ao se migrar para a CEI 61850 Um problema que surge quando se pretende garantir a interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes que estes n o fornecem todas as particularidades necess rias Por outro lado a ado o dessas particularidades por diferentes fabricantes causam a dificuldade de garantia de interoperabilidade Como resultado a interoperabilidade permanece uma quest o a qual tem dificultado a implementa o de sistemas com v rios fabricantes n o permitindo deste modo que as empresas cliente possam tirar partido das vantagens da Norma CEI 61850 Os testes de interoperabilidade entre equipamentos de 86 87 diferentes fabricantes em laboratorio sao nos tempos que correm altamente recomendaveis para se ganhar confian a antes da integra o dos mesmos na instala o O mercado de IED s e sistemas t m dispon veis modelos particulares al m dos definidos pela Norma CEI 61850 criando um problem
14. Local Area Network implica o uso de regras bem definidas para a troca de informacao As regras sao definidas pelos Uma LAN do ingl s Local Area Network uma Rede de rea Local que interliga equipamentos processadores que permite a comunica o entre eles com a finalidade de troca e partilha de dados 26 protocolos de comunica o Muitos s o os protocolos de comunica o utilizados nas diversas SE s sendo alguns concebidos para aplica es especificas como o caso da utiliza o de diferentes protocolos de comunica o entre diferentes fabricantes de IED s o que origina ilhas de comunica o A utiliza o de diferentes protocolos implica a implementa o de dispositivos adicionais capazes de tornarem possivel a comunica o entre os equipamentos gateways aumentando assim o custo de aquisi o e manuten o dos SAS Com base nestas imposi es foi desenvolvida a Norma CEI 61850 A CEI Comiss o Eletrot cnica Internacional do ingl s International Electrotechnical Commission uma organiza o mundial para normaliza o de dispositivos el tricos com o objetivo de promover uma coopera o internacional sobre quest es que dizem respeito eletrot cnica e a eletr nica A CEI 61850 uma Norma Internacional com o principal objetivo de garantir que dispositivos de diferentes fabricantes possam comunicar entre si sem a necessidade de um conversor de protocolos ou gateways nos diferentes n veis da S
15. nico cabo de fibra tica podendo este carregar todos os sinais de tens o e corrente Estima se com isto uma economia financeira entre 25 a 50 passando esta economia pelo investimento na instala o comissionamento e manuten o com material e m o de obra 31 Uma desvantagem a salientar passa pela falta de um mecanismo de controlo de confirma o de chegada dos dados aos IED s feedback O extravio de um pacote de dados n o mais ser novamente enviado A implementa o do barramento de processo tem como principal objetivo permitir que a comunica o entre os equipamentos prim rios da SE instalados no parque exterior da instala o os IED s e a UC passe a ser feita por interm dio de uma rede de comunica o de dados A Figura 4 13 representa de forma global o barramento de processo e a sua configura o Refira se que atualmente o barramento de processo n o se encontra em utiliza o nas SE s de distribui o portuguesas sendo algo recente No entanto este tema esta ja contemplado na Norma CEI 61850 ha alguns anos Por m ainda faltam no mercado op es de equipamentos adaptados a esta nova tecnologia sendo o seu estudo e poss vel implementa o um desafio atual e interessante 74 75 Barramento Acesso IHM da Esta o IHM Remoto Os IED s recebem E os dados e processam nos Barramento Rede FO do Processo As UM s medem e gt Redundante 77 recebem entradas e s_ o sa das transm
16. ria e imposta nos protocolos aplic veis 6 3 1 Livre aloca o de fun es Existe uma flexibilidade na forma como s o distribuidos os LN s entre os diversos IED s da rede atrav s dos quais ser o executadas as fun es e aplica es dos diferentes processos 50 A Figura 6 5 ilustra exemplos de duas formas diferentes de se agrupar LN s nos IED s de prote o e controlo para se executar as mesmas fun es Na primeira forma todos os LN s s o separados num par de IED s que realizam cada um deles as fun es de prote o e controlo Na segunda forma os LN s s o agrupados de forma que as mesmas fun es de prote o e controlo s o executadas por um nico IED Em termos pr ticos n o houve qualquer perda de funcionalidade No entanto a primeira forma permite uma maior fiabilidade das fun es uma vez que n o dependem de apenas um IED Por m dependem mais fortemente da rede de comunica o entre os IED s e o seu custo mais elevado devido maior quantidade de equipamentos necess rios J a segunda forma permite menor custo de investimento em equipamentos incluindo equipamentos da rede de comunica o Por m exige maior fiabilidade do IED ja que este fica respons vel por um maior numero de fun es As solu es apresentadas trazem impactos diretos em processos de teste manuten o e opera o do Sistema El trico de Energia assim como a necessidade de desenvolvimento de novas rotinas e posturas pera
17. verificada Resumidamente a configura o das mensagens GOOSE engloba i a configura o dos conte dos das mensagens GOOSE ii a configura o da publica o das mensagens GOOSE e iii a configura o da subscri o das mensagens GOOSE Uma particularidade relativamente configura o das mensagens GOOSE que dependendo do fabricante as mensagens s o publicadas atrav s do LN GGIO enquanto outras s o publicadas atraves de LN s espec ficos como PDIS prote o de Dist ncia ou PTOC Prote o de Sobreintensidade Temporizada por exemplo Estas diferen as ter o influ ncia significativa no tempo de publica o das mensagens GOOSE de alta velocidade com tempos cr ticos de transfer ncia 6 2 2 Ferramenta de Configura o de Sistema A especifica o de um Sistema de Automa o de Subesta o SAS segundo a Norma CEI 61850 at certo ponto semelhante a especifica o de um sistema convencional Para a sua correta configura o devem ser fornecidas v rias informa es nomeadamente e O diagrama unifilar da SE e A lista de pontos e As funcionalidades requeridas e Os requisitos de desempenho e As interfaces com o processo e com outros IED s e Protocolos condi es ambientais indices de confiabilidade admitidos ou crit rios de toler ncia a falhas aceit veis 108 109 O uso espec fico da Norma CEI 61850 requer adicionalmente outros requisitos S o esses que provocam as difere
18. 19 As vantagens focadas nos benef cios econ micos providos pela Norma CEI 61850 n o est o na aquisi o dos equipamentos nem no sistema uma vez que o seu custo de implementa o inicial relativamente superior em compara o com outros protocolos mas sim durante a sua utiliza o a longo prazo nomeadamente no que diz respeito a manuten o e expans o do SAS como se pode facilmente perceber pela Tabela 4 1 22 Tabela 4 1 Justifica es econ micas de migra o para a Norma CEI 61850 22 Descri o Protocolos Antigos CEI 61850 Impacto Compra do equipamento Instala o Configura o Aplica o Migra o EEE Flexibilidade Manuten o 58 59 4 5 Estrutura da Norma CEI 61850 A Norma CEI 61850 estruturada em dez grandes sec es Cada sec o corresponde ao seu tema especifico Na Tabela 4 2 apresenta se a estrutura da Norma CEI 61850 de forma geral onde s o identificados os diferentes temas de cada parte constituinte Tabela 4 2 Diferentes partes constituintes da Norma CEI 61850 Norma Parte CEI 61850 1 CEI 61850 2 CEI 61850 3 CEI 61850 4 CEI 61850 5 CEI 61850 6 CEI 61850 7 Tema Introdu o e Vis o Geral Gloss rio Requisitos Gerais Planeamento do Projeto e Sistema Requisitos de Comunica o Linguagem de Configura o de Subesta o SCL Modelo de Comunica o Descri
19. 30 servi o SNTP do ingl s Simple Network Time Protocol usado para sincronizar o rel gio de um conjunto de equipamentos eletr nicos como computadores numa rede de dados 4 O servi o IRIG B do ingl s Inter Range Instrumentation Group utilizado por empresas de energia el trica industriais e outros para garantir a sincroniza o dos dispositivos do sistema de energia como disjuntores rel s e medidores 92 93 garantido que o IED suporta as caracteristicas descritas no seu arquivo SCL No entanto para o funcionamento correto do IED necess rio garantir algumas caracter sticas que n o est o inclusas na Parte 10 da Norma CEI 61850 Algumas dessas caracter sticas s o 22 e Sincroniza o de tempo e precis o do selo de tempo aquisi o do tempo e Controlo do tempo de rea o e Crit rios operacionais e de confiabilidade 5 6 1 Sincroniza o de tempo e precis o do selo de tempo A sincroniza o de tempo utilizada para a sincroniza o dos valores de rel gio do IED quando nenhuma fonte de tempo externa est dispon vel para o equipamento Durante a sincroniza o atraves da rede LAN da SE um IED com uma precis o de tempo fonte atua como o mestre do tempo Um segundo IED do mesmo tipo pode ser definido para agir como um mestre do tempo de backup A fonte de tempo do mestre do tempo do IED normalmente fornecida por uma fonte externa como o GPS A precis o do selo de tempo d
20. A Operadora da Rede de Distribui o portuguesa no que respeita ao Norte apresenta um total de 120 Instala es SE s e Postos de Corte entre as quais 30 dessas s o de tecnologia num rica o que corresponde a 25 do total de instala es Entre estas 30 instala es num ricas s o identificadas 7 instala es que funcionam segundo o protocolo CEI 61850 o que corresponde a cerca de 5 83 do total de instala es do Norte As instala es CEI 61850 identificadas est o divididas entre os tr s fabricantes utilizados pela Operadora da Rede Efacec Siemens e ABB No entanto nenhuma dessas instala es incorpora na mesma RLC equipamentos de fabricantes distintos ou seja n o existe a necessidade de verifica o da interoperabilidade e portanto dos testes de interoperabilidade Segundo a mesma fonte existem no Sul do pais instala es CEI 61850 que incorporam na mesma RLC equipamentos de distintos fabricantes embora tenham sido solu es adaptadas n o sendo poss vel a sua generaliza o Deste modo n o verificada a possibilidade de se poder substituir um equipamento funcionalmente equivalente de um fabricante por outro fabricante Um teste pr tico relativo a este constrangimento foi realizado em laborat rio tendo se a partir de uma base de dados de uma SE existente substituido um dos seus IED s da Efacec por um IED funcionalmente equivalente da Siemens inserido na mesma Rede Local de Comunica o tal como a Figura 6 2
21. Centro de Despacho da EDP definida pela CEI 60870 5 101 que se encontra em processo de migra o para CEI 60870 5 104 o qual se baseia na comunica o por redes p blicas como a internet atrav s de transmiss o por IP do ingl s Internet Protocol apoiando se em dois meios f sicos de transmiss o como sendo a fibra tica para comunica o com fio ou GPRS para comunica o sem fio wireless 6 A liga o com o Centro de Teleparametriza o da EDP pode ser feita atraves da linha telef nica de uma rede ethernet ou de GSM A Figura 2 5 apresenta a titulo de exemplo uma RLC que tem implementada a tecnologia LON da ABB com topologia em estrela d Centro de o e E Teleparametriza o Despacho da EDP da EDP Rede Ethernet _l6sm CEI 60870 5 104 LON Bus 1 25Mbps Acoplador LON em RTU Estrela da ABB e e J J Painel Transformador Painel mie oe Pot ncia Linha MT Painel Painel Painel Painel Bateria de Painel Painel Chegada MT Barras MT TSA RN Condensadores Linha AT Seccionador Barras AT Figura 2 5 Arquitetura LON para o sistema de comunica o dos SPCC s utilizada pela ABB 6 Ethernet 6 A ethernet tamb m designada de Norma IEE 802 3 uma tecnologia de interconex o para redes locais de dados LAN
22. Certificado de Conformidade que ateste os ensaios FAT com indica o de ressalvas e pendentes n de s rie tipo modelo firmware e vers o do software dos equipamentos constituintes Apos a conclus o dos ensaios FAT de todos os pain is os mesmos devem ser ligados em rede de fibra tica e proceder se aos ensaios seguintes mediante o protocolo adotado pelo fabricante e a merecer aprova o da entidade requerente como a Operadora da Rede e Acesso s prote es e simula o de acesso remoto e Registo armazenamento e acesso ao sistema de Osciloperturbografia e localiza o de defeitos e Sistemas de Prote o prote o de barramento e falha de disjuntor e Sinaliza es para o Registador Cronol gico de Acontecimentos e Alarmes 3 3 2 Ensaios no Local da Instala o SAT Os ensaios SAT apresentam a grande diferen a em rela o aos ensaios anteriores por serem realizados no local de instala o do SPCC ou seja na SE na qual ir o funcionar Os ensaios SAT desenvolvem se essencialmente em tr s fases e a primeira dita de comissionamento contempla todos os ensaios constantes em protocolo pr prio sendo desenvolvidos exclusivamente pelo fabricante e a segunda de SAT propriamente dita realizada pelo fabricante em presen a da entidade requerente ap s a declara o pelo fabricante de que o painel se encontra em condi es t cnicas de coloca o em servi o estes ensaios s o facultativos caso a
23. Comunica o Horizontal referida na sec o 4 9 2 Estas mensagens cont m informa es que permitem ao recetor conhecer que um status foi modificado e o instante em que foi modificado Segundo a Norma CEI 61850 mensagens GOOSE s o geradas aquando da ocorr ncia de uma mudan a de estado onde um IED transmitir em Alta Velocidade um Evento de Subesta o Gen rico Orientado a Objetos GOOSE contendo o estado de comando de cada status de entrada com a particularidade de possuirem restri es cr ticas a atrasos como no caso de bloqueios ou na transfer ncia de valores amostrados como corrente e tens o do transformador para que o recetor possa reconstruir o valor original das grandezas n o utilizando todas as camadas da pilha de protocolos A taxa fixa de publica o das mensagens GOOSE quando n o h varia o do conte do do conjunto de dados atua como as batidas do cora o As mensagens GOOSE utilizam o j definido servi o SCSM referido na sec o 4 9 2 uma vez que n o existe um mecanismo que garanta a entrega da mesma Alguns exemplos de l gicas que utilizam mensagens GOOSE s o i fun o de falha de disjuntor ii seletividade l gica iii transfer ncia autom tica de linhas iv transfer ncia de carga entre transformadores no caso de falha num deles v auxilio manobra de paralelismo de transformadores entre outros Uma mensagem GOOSE n o deve ser considerada como um comando entre IED s dado
24. Dados Compat veis especifica o de todos os LN s 60 CEI 61850 8 Mapeamento Prop e se a prover uma opera o entre dispositivos de Espec fico dos uma variedade de SE s para alcan ar interoperabilidade Servi os de provendo informa es detalhadas de como criar e trocar Comunica o mensagens de comunica o Implementa uma das vantagens deste protocolo a interoperabilidade 1 Define se uma liga o unidirecional multidrop point to point para transporte de um conjunto fixo de dados 2 Define se um conjunto de dados configur vel que pode ser transmitido em liga es multicast entre um publisher e subscribers CEI 61850 9 Redes de Especifica o mapeamento dos servi os de comunica o Comunica o especificos para conex es ponto a ponto ethernet e do e Sistemas nivel de processo CEI 61850 10 Testes de Define o que deve ser testado num IED e quais os Conformidade resultados esperados para que este possa estar em conformidade com a Norma CEI 61850 S o definidos os procedimentos de ensaio de equipamentos e sistemas e a documenta o e equipamentos para a sua realiza o As Edi es da Norma CEI 61850 mais recentes englobam j uma Parte referente ao uso da mesma para Comunica es entre SE Parte 90 1 Use of IEC 61850 for the Communication between substations Com as altera es sucessivas o titulo principal da Norma sofre tamb m um upgrade designando se agora de Communication Networks and Systems f
25. Dalas H GOOSE SUB mM E Dataset E GODSE SUB 02 Ds D alas Hame Abiribute name iypicaly Object Reference Figura 5 9 Ambiente grafico do modulo de configura o de mensagens GOOSE 41 Equipamentos de teste CMC operam com status de dados em mensagens GOOSE como se fossem feitas liga es para as entradas e saidas bin rias do equipamento CMC Atributos de dados recebidos subscritos de mensagens GOOSE atuam as entradas bin rias do equipamento de teste como por exemplo sinais de trip ou arranque Saidas bin rias ativam atributos de dados em mensagens GOOSE simuladas publicadas Assim por esta aproxima o gen rica todos os m dulos de teste do OMICRON Test Universe podem ser usados com o GOOSE 5 8 3 Sampled Values 42 O m dulo de configura o Sampled Values utilizado para configurar a gera o de at tr s SV no equipamento de teste simultaneamente segundo a Norma CEI 61850 Este m dulo fornece os par metros de comunica o e habilita a saida de SV Tal como no caso anterior para facilitar a entrada de par metros e evitar erros t picos os par metros podem ser importados dos arquivos de configura o no formato normalizado SCL Os equipamentos de teste CMC geram SV de acordo com a Orienta o para implementa o de Interface Digital para Transformadores de Instrumentos usando IEC 61850 9 2 a uma taxa de 80 amostras por ciclo destinados a aplica es de prote o e medi o
26. Esquemas de Teleprote o Aplicando o Padr o IEC 61850 Disserta o de Mestrado Universidade Federal de Itajub UNIFEI Itajub Brasil 2011 29 International Standard IEC 61850 8 Specific Communication Service Mapping SCSM Mapping to MMS ISO 9506 1 and ISO 9506 2 and to ISO IEC 8802 3 IEC First edition 2004 30 International Standard IEC 61850 9 2 Specific Communication Service Mapping SCSM Sampled Values Over ISO IEC 8802 3 IEC First Edition 2004 31 P Junior R Ramos C Martins P Pereira e G Louren o Investiga o do Funcionamento do Barramento de Processo IEC 61850 9 2 Uma Abordagem Pr tica em IX Simp sio de Automa o de Sistemas El tricos SIMPASE Parana Brasil 2011 32 International Standard IEC 61850 4 System and Project Management IEC First edition 2002 33 International Standard IEC 61850 10 Conformance Testing IEC First edition 2005 124 34 M Paulino A Pereira e Siqueira Diretrizes para Ensaios de Interoperabilidade e Testes Funcionais em Rel s Multifuncionais Baseados na Norma 1EC61850 em IX Semin rio T cnico de Prote o e Controle STPC Minas Gerais Brasil 2008 35 R Bernardo Procedimentos de testes de conformidade para a IEC 61850 Disserta o de Mestrado Instituto Superior T cnico IST Lisboa 2007 36 M Paulino Siqueira e A Pereira A Import ncia dos Testes Funcio
27. How com eles que os engenheiros t cnicos t m o primeiro contacto com a aplica o pr tica da CEI 61850 Este conjunto de testes n o s o de todo requeridos pela Norma CEI 61850 mas trata se principalmente de aumentar a confian a do utilizador de que o SAS e os IED s atendem aos requisitos da Norma CEI 61850 e mais ainda aos requisitos do utilizador para garantir uma opera o segura confiavel e eficiente do Sistema El trico de Energia 114 Apenas os especialistas com experi ncia e conhecimento de longo prazo podem ajudar a avaliar o impacto da nova tecnologia de forma a verificar se realmente atende a todas as exig ncias t cnicas e financeiras A CEI 61850 n o substitui o conhecimento e experi ncia dos engenheiros especialistas A Norma CEI 61850 apenas uma ferramenta e como todas as ferramentas necessitam de algu m com as compet ncias adequadas para as utilizar em benef cio das suas utilidades Como se costuma dizer na g ria even a fool with a tool is a fool 47 Um outro aspeto relevante constatado na Operadora da Rede de Distribui o a falta de documenta o de conformidade dos equipamentos principalmente dos IED s como solicitado nos ensaios de conformidade da CEI 61850 sec o 5 3 O fornecimento da documenta o deve ser fornecida pelos diferentes fabricantes No entanto recai sobre a Operadora da Rede de Distribui o a responsabilidade e o cuidado de solicitar a documenta o minima necess
28. Os SV publicados correspondem aos sinais de tens o e corrente anal gicos gerados nas saidas de tens o e corrente do equipamento de teste CMC O escalamento dos valores prim rios representados pelos SV feito com os ajustes existentes do Transformador de Tens o TT e 98 Transformador de Corrente TC do Objeto sob Teste Atrav s desta abordagem gen rica todos m dulos de teste do software OMICRON Test Universe podem ser usados com SV Sampled Values Figura 5 10 M dulo de configura o de SV 45 5 8 4 SVScout 18 O software OMICRON SVScout faz com que os SV sejam visiveis para os engenheiros de SE s e programadores de IED s Uma aplica o das fun es do SVScout testar uma unidade de campo MU do ingl s Merging Unit atrav s da compara o de dois SV A medi o da precis o da sincroniza o de tempo da MU requerida para os programadores Sistema de Teste SvScout EEE es mo us ESEE Amostrados Valores Amostrados Merging Unit Figura 5 11 Esquema de teste de SV numa merging unit 18 A aplica o obt m os SV da MU e mostra as formas de onda das tens es e correntes prim rias com a vista equivalente de um oscilosc pio sendo que os dados s o mostrados com as suas unidades el tricas Tens o e Corrente Valores detalhados podem ainda ser pesquisados e comparados com a fun o cursor Os valores RMS e os ngulos das fases s o calculados a partir dos SV e mostrados n
29. SCL baseada em arquivos XML em vez de ajustes A confian a das empresas cliente dos sistemas segundo a CEI 61850 ainda diminuta face as enumeras vantagens da Norma CEI 61850 pelo que t m adotado projetos com um nico 116 117 fabricante com o objetivo de simplificar o treino e a manuten o ao mesmo tempo que propicia suporte para futuras inclus es de dispositivos com CEI 61850 de qualquer fabricante necess rio ter presente que mesmo que os IED s com CEI 61850 comuniquem de forma similar eles n o executam as fun es de prote o ou automa o da mesma forma e a Norma n o especifica como eles executam essas fun es Este ponto pode trazer alguns problemas quando um consumidor pretender ou necessitar de substituir os IED s de um fabricante por outro fabricante que execute a mesma fun o e com os mesmos recursos de interface de comunica o 6 5 Coment rios Finais Os principais desafios encontrados aquando da introdu o da CEI 61850 nas SE s dizem maioritariamente respeito sua configura o e verifica o atrav s de ensaios pr ticos adequados Isso imp e novos desafios as equipas de comissionamento ensaio e manuten o A realiza o dos ensaios e a sua correta configura o requerem n o s a compreens o da Norma CEI 61850 mas tamb m do conhecimento e familiariza o com as diferentes ferramentas de configura o de cada IED para os diferentes fabricantes nomeadamente no que se refere com a
30. UTP ou em Fibra tica podendo esta ser do tipo monomodo ou multimodo Uma das grandes vantagens da implementa o da fibra tica a capacidade que ela possui relativamente imunidade ao ru do eletromagn tico que uma das grandes desvantagens dos cabos de cobre 20 21 A implementa o das redes do tipo ethernet em detrimento da tecnologia LonWorks constituiu um avan o significativo nos SPCC s das SE s tendo para isso contribuido tamb m a evolu o dos IED s As principais vantagens das redes ethernet em rela o rede LonWorks passam por uma simplifica o da configura o da rede e de cada equipamento uma maior capacidade e rapidez de tr fego de informa o e ainda a possibilidade de configurar cada equipamento na rede IP Uma RLC do tipo ethernet possui as seguintes caracter sticas f sicas de liga o e Estruturada em anel entre os v rios switchs com cabo de fibra tica e IED s ligados ao respetivo switch em estrela atraves de fibra tica monomodo e Liga es do switch principal aos equipamentos como GPS UC PCL CIB Servi os Auxiliares e router em cabo entrela ado UTP A utiliza o da rede ethernet como meio de comunica o local entre os dispositivos das SE s pode reger se segundo o protocolo CEI 60870 5 104 ou mais recentemente segundo o protocolo CEI 61850 Ethernet com protocolo CEI 60870 5 104 Apesar da rede ethernet permitir tirar um maior partido de uma RLC os equipamen
31. anal gicas de medi o Entradas DC de medi o 0 10V e 0 20mA Figura 3 3 Descri o do painel frontal da mala de ensaios OMICRON CMC 256 6 17 Na Figura 3 3 est legendada a parte frontal da mala de ensaios OMICRON CMC 256 6 como exemplo visto que existem no mercado v rias refer ncias do produto as quais apresentam diferentes disposi es das interfaces com mais ou menos funcionalidades Nos pontos que a seguir se apresentam s o identificados de forma mais detalhada alguns dos m dulos mais utilizados nos ensaios dispon veis em 17 i Sa das de Tens o Existem dois m dulos de saidas anal gicas de tens es O primeiro permite a inje o de tr s fases mais neutro e utilizado quando se pretende simular a tens o em cada uma das fases O segundo m dulo permite simular a tens o homopolar do desequilibrio de tens es atraves da sua sa da de tens o com respetivo neutro ii Sa das de Corrente Existem tamb m dois m dulos de sa das anal gicas de corrente ambos com disponibiliza o de tr s fases por m dulo O primeiro ser utilizado para simular as correntes das tr s fases do barramento O segundo ser utiliza o para simula o de correntes no toro Existe a possibilidade de combinar v rias sa das permitindo por exemplo combinar cada uma das correntes de fase do m dulo superior com cada uma das correntes de fase do m dulo inferior ficando assim com a possibilidade de 3 saidas em corr
32. com a seguinte compara o Imagine uma festa onde os convidados falam em linguas diferentes cada um conforme o seu pr prio idioma Ningu m compreende o que o outro diz Contudo foram disponibilizados tradutores para atenuar esse impasse de forma que a comunica o entre os convidados se d somente por interm dio do tradutor A comunica o geral poder causar grandes esfor os para a compreens o comprometendo a divers o do evento De forma semelhante este constrangimento faz parte das entidades exploradoras e fabricantes 26 57 dos equipamentos de automa o das SE s e por isso surgiu a necessidade de uniformiza o conseguido atrav s da Norma CEI 61850 20 A Norma CEI 61850 surgiu portanto da necessidade de eliminar o excesso de protocolos e padr es de comunica o existentes atualmente no mercado os quais geram problemas de comunica o entre dispositivos de diferentes fabricantes A CEI 61850 pretende tamb m reduzir o custo operacional dos SEE s possibilitando a expans o a longo prazo elimina o de atrasos poss veis erros e aumentar a fiabilidade dos sistemas promovendo uma maior seguran a aos operadores 4 3 Requisitos Fundamentais para o Desenvolvimento da CEI 61850 A elabora o da Norma CEI 61850 assenta num conjunto de requisitos alvo a atingir sendo eles a base de toda a investiga o e dedica o dos investigadores de extrema import ncia garantir que numa mesma RLC a i
33. conformidade passam tambem pela verifica o da correta execu o do seu modelo de dados sec o 4 6 e servi os sec o 4 8 Mais a frente sec o 5 3 os testes de conformidade ser o descritos com vista a verificar o descrito pela Norma CEI 61850 Parte 10 v Ensaios de F brica e de Campo Os ensaios de f brica designados de FAT pela CEI 61850 s o realizados em f brica Os FAT s o realizados antes da instala o no local de implementa o da SE e antes da coloca o em servi o S o testadas e verificadas as diversas funcionalidades de um SPCC Os ensaios FAT s o a cargo do fabricante 32 Os ensaios de campo designados de SAT pela CEI 61850 apresentam a grande diferen a em rela o aos ensaios FAT por serem realizados no local de instala o do SPCC ou seja na SE na qual ir o funcionar 32 Os FAT e SAT s o necess rios para a garantia de qualidade imposta pela Norma CEI 61850 No entanto estes foram j expostos na sec o 3 3 verificando se assim que atualmente estes ensaios ja s o aplicados 32 n o querendo dizer que n o sejam alargados para contemplar certos pontos referentes a Norma CEI 61850 As imposi es da Norma CEI 61850 na sua Parte 4 32 relativamente aos ensaios de garantia de qualidade s o uma parte fundamental no ciclo de vida dos SAS sendo estas j aplicadas atualmente nos sistemas implementados pelas empresas exploradoras Isto significa que apesar de um novo paradigma para a constr
34. controlo local da mesma Esta mesma informa o sera ainda transmitida para o CC depois de processada e multiplexada para controlo da SE de forma remota 4 2 3 3 Redes Locais de Comunica o As RLC s ou LAN s de uma SE ou de um SPCC emergem nos tempos mais recentes como um elemento vital para o funcionamento de todos os servi os e aplica es das SE s assegurando a comunica o entre a UC os IED s e o PCL sendo constituida por uma infraestrutura f sica e por equipamentos de comunica o como routers switchs hubs modems ou conversores de meio f sico Por outro lado a rede de comunica o que garante a liga o entre a SE de distribui o e o CC remoto classificada como uma Rede de Longa Dist ncia WAN do ingl s Wide Area Network Para um melhor funcionamento de uma RLC fundamental uma normaliza o a n vel de protocolos utilizados em cada camada para que cada equipamento comunique com a respetiva camada de outro dispositivo instalado na mesma LAN Cada camada desempenha um conjunto de fun es especificas em que estas fun es s o executadas de acordo com um conjunto de regras que est o definidas para cada uma Este conjunto de regras designado protocolo Para qualquer uma das camadas utilizadas necess rio que todos os equipamentos existentes na rede de comunica o utilizem o mesmo protocolo Esta normaliza o a nivel dos protocolos utilizados em cada camada permite
35. de diferentes ferramentas No entanto existem j ferramentas universais que aceitam qualquer tipo de configura o em SCL O problema aqui surge quando o fabricante do IED n o utiliza integralmente a SCL Switch Ethernet eo RS ratego de f ou GSSE Informa o Dispositivo Sob Teste Ferramenta de configura o Simulador de Equipamento Figura 5 4 Diagrama simplificado do sistema de teste de conformidade Um outro aspeto a referir relativamente ao simulador de equipamento ilustrado na Figura 5 4 que dependendo do modelo ele pode ou n o aceitar liga es ethernet ou pode ser necess rio a utiliza o atual de liga es fio a fio Este pormenor visivel na sec o 5 4 Figura 5 5 onde se verifica a grande economia de liga es fio a fio Com a realiza o deste esquema de ensaio as interfaces de comunica es s o tamb m testadas sendo esta verifica o necess ria aquando da integra o do componente no SAS 5 3 2 Certifica o KEMA A certifica o de dispositivos compat veis com a Norma CEI 61850 atraves dos ensaios de conformidade um avan o significativo para o ambiente no qual equipamentos de diferentes fabricantes trabalham em conjunto Os testes de conformidade especificados na CEI 61850 podem ser efetuados pelo KEMA O KEMA um instituto de testes independente aprovado pela UCA International users Group O processo de certifica o envolve uma an lise e verifica o dos docum
36. de telecomando prote o ou automatismo e Permite a implementa o de fun es de automatismo e de prote o bem como a intera o com outros IED s ou com a UC de processamento atraves da RLC sinaliza es internas par metros e telecomando a qual permite ainda consultar e alterar os par metros das regula es das fun es residentes nos diferentes IED s e Possibilidade de comando local dos rg os de manobra de cada painel e Possuem um sistema de autodiagn stico que permite a verifica o continua do estado do hardware e software de todos os seus m dulos funcionais e Permite recolher e visualizar registo de osciloperturbografia e cronol gicos de acontecimentos S o definidos como dispositivos num ricos multifuncionais de prote o comando e controlo equipados com um microprocessador poderoso Todas as tarefas s o processadas digitalmente desde a obten o de valores medidos at aos comandos para os disjuntores Interface Frontal Na Figura 2 8 apresentada possivel ver se a descri o do painel frontal de um IED exemplo da Efacec do modelo TPU 420 A partir da sua tela LCD e de um conjunto de teclas num ricas possivel obter diversa informa o como mensagens relacionadas a eventos ocorridos par metros de configura o e de ajuste opera es e valores medidos assim como a altera o de par metros e ajustes como settings de atua o tempos de disparo ativa o e desativa o de fun
37. desativacao de Regime Especial de Explora o A e B e Religa o com ensaios funcionais para verifica o dos efeitos destas funcionalidades e Alarmes e Sincroniza o de sequ ncia de eventos e Verifica o da conformidade das regula es em fun o do estudo de coordena o elaborado pela entidade exploradora e Ensaios de corrente alternada ii Ensaios SAT Apos conclus o dos ensaios de comissionamento a entidade requerente dos equipamentos poder se assim o entender solicitar a execu o de ensaios de aceita o os ensaios SAT Normalmente estes ensaios s o dispensados quando o fornecedor tem j uma experi ncia positiva com ensaios em instala es do mesmo tipo e dependendo dos resultados dos primeiros SAT por painel tipo poder a entidade requerente dispensar a sua presen a sendo que painel a painel a entidade exploradora indicar se o mesmo ser alvo ou n o dos ensaios de aceita o iii Ensaios de Coloca o em Servi o Os testes da terceira fase da coloca o em servi o dever ter tal como descrito em documento especifico elaborado pela entidade exploradora duas partes A primeira contempla as verifica es e a es antes da efetiva coloca o em tens o do painel e a segunda contempla as verifica es e a es a tomar apos a coloca o em carga do painel A fase de verifica o e a es a tomar ap s a coloca o em carga do painel tal como enunciado no Caderno de Encarg
38. diferentes utilizadores para tal autorizados 4 Cable O m dulo Cable fornece um mecanismo para c lculo das caracter sticas das ondas viajantes dos cabos com base em dados fisicos 5 TLine Tal como o m dulo anterior fornece um mecanismo para c lculo das caracter sticas das ondas viajantes das linhas de transmiss o com base em dados fisicos e na geometria das linhas e em alguns casos espec ficos com base em dados da sequ ncia positiva e homopolar 52 53 6 MultiPlot O m dulo MultiPlot utilizado no p s processamento permitindo uma an lise dos gr ficos e de anota es de resultados obtidos no simulador especialmente til para organiza o de dados e resultados para a elabora o de relat rios 7 Component Builder O m dulo Component Builder permite ao utilizador criar novos modelos de componentes a utilizar nas simula es em tempo real incluindo representa es gr ficas men s de dados e c digo de simula o Apresentados os principais pontos de interesse relativos ao simulador RTDS e ao seu software verifica se que eles s o uma alternativa v lida aos testes realizados em circuito aberto dispondo ainda de um conjunto de recursos adicionais apresentados em 15 onde se descrevem tamb m as diferentes aplica es desta ferramenta sendo uma delas referente aos ensaios realizados no mbito da rede local de comunica o segundo o definido pela Norma CEI 61850 descrito n
39. do estado presente da Norma CEI 61850 no Sistema de Distribui o de Energia El trica em Portugal com o intuito de se identificarem barreiras a recolha dos muitos benef cios desta Norma e ainda ao que cada fabricante apresenta no mercado nomeadamente em termos de ferramentas de engenharia e de equipamentos ainda discutido o estado atual do conhecimento pr tico da Norma CEI 61850 e confirma o com recurso aos ensaios requeridos Com isto ser o propostos trabalhos futuros a desenvolver no mbito da utiliza o integral da Norma CEI 61850 quer ao nivel dos fabricantes quer da Operadora da Rede de Distribui o O s timo e ltimo cap tulo apresenta as principais conclus es e possiveis contribui es deste trabalho de disserta o assim como recomenda es de trabalhos futuros a desenvolver 1 2 Dissemina o de Resultados O trabalho desenvolvido no contexto desta Disserta o ir resultar na escrita de um artigo O Abstract deste artigo dever ser submetido at dia 18 de outubro de 2013 para a 12 confer ncia internacional em Developments in Power System Protection DPSP a decorrer em Copenhaga de 31 de mar o a 3 de abril de 2014 O artigo com titulo provis rio Impact of Standard IEC 61850 in Substation Projects of Portuguese Electricity Network descreve os processos de comissionamento e testes de funcionamento numa Subesta o de Distribui o em Protocolo CEI 61850 comparativamente com o que realizado numa S
40. entidade requerente assim o entenda tendo a dura o normal de 2 dias caso n o sejam detetadas n o conformidades relevantes e a terceira corresponde coloca o em servi o do painel a qual dever ter um protocolo especifico de acordo com a entidade requerente Dever ser elaborado um plano de teste para cada painel pelo fabricante devendo este contemplar todas as verifica es e ensaios que se considerem necess rios e suficientes para a garantia de conformidade dos pain is em fun o das especifica es t cnicas e requisitos funcionais e operacionais especificos da entidade requerente O plano de teste deve ter duas partes distintas sendo a primeira respeitante aos ensaios de comissionamento e a segunda deve contemplar um guia de teste desenvolvido para cumprimento das normas espec ficas da entidade requerente Antes de serem realizados os ensaios de comissionamento propriamente ditos s o feitas algumas verifica es os chamados testes de pr comissionamento em que as principais tarefas a realizar podem resumir se em 13 34 An lise dos esquemas de liga o para confirmar a polaridade das liga es Inspe o f sica geral do equipamento nomeadamente das liga es destes aos paineis Medi o da resist ncia de isolamento nos equipamentos de prote o Inspe o e ensaios aos rel s Ensaios aos transformadores de medida de tens o TT e de corrente TC Verificar o funcionamento da prote o de d
41. es O plano de teste deve contemplar os esquemas de montagem dos ensaios Al m do referido o comissionamento deve ainda contemplar Inspe o visual Identifica o do painel e local de instala o Verifica o da exist ncia do esquema do painel atualizado dentro do arm rio em local pr prio e de certificado de conformidade dos ensaios FAT Verifica o das informa es provenientes da aparelhagem de AT e MT em caso de SE s AT MT Verifica o das polaridades informa es e sinaliza es via condutores met licos entre o arm rio e os demais arm rios da instala o aquele ligado 34 35 e Ensaios funcionais com a instala o atraves da opera o efetiva dos equipamentos e sistemas conexos ao painel em causa seccionadores disjuntores sistema de comando e controlo teleprote es arm rios de corrente continua Rede de Fibra tica tens o de sincronismo disparo do disjuntor dos circuitos de tens o alternada entre outros e Disparos religa o discord ncia de polos supervis o dos circuitos de disparo estes ensaios devem ser feitos com os equipamentos reais verificando a correspond ncia de fases sincroniza o e tempos mortos de religa o para ajuste da discord ncia de p los simula o de a es de manuten o ao disjuntor para verifica o de presen a de alarmes do disjuntor e efetiva o ou n o de disparos e religa o e Permiss o ao fecho bloqueios entre outros e Ativacao
42. hoje um tema de muitos estudos e investiga es O constante crescimento das necessidades energ ticas das ind strias e dos consumidores levam a que esta evolu o nos Sistemas El tricos de Energia seja continua esperando se sempre um melhor desempenho dos sistemas e uma maior qualidade de servi o ao minimo custo possivel 28 Cap tulo 3 Ensaios Atuais e Equipamentos de Teste Neste cap tulo ser o descritos os ensaios atualmente realizados pela Operadora da Rede de Distribui o de Energia El trica em Portugal a EDP Distribui o SA O principal objetivo do capitulo possibilitar a compara o e identifica o das diferen as entre os ensaios de aceita o da Norma CEI 61850 e onde se localizam estes ltimos relativamente aos ensaios atuais praticados na EDP Distribui o A organiza o deste capitulo esta de acordo com os diferentes tipos de ensaios existentes com nfase aos ensaios em f brica designados de FAT do ingl s Factory Acceptance Tests e ensaios de comissionamento no local da instala o designados de SAT do ingl s Site Acceptance Tests Ser descriminado para cada tipo de ensaio o que dever ser avaliado em termos de ensaios S o ainda apresentados neste cap tulo os equipamentos espec ficos para a realiza o dos ensaios descrito o software e hardware de cada equipamento de ensaio bem como as suas principais capacidades em termos de ensaios individuais dos equipamentos do sistema b
43. importa o e exporta o dos arquivos SCL Tamb m aqui deve ser verificada a interoperabilidade entre as diferentes ferramentas de software O objetivo conseguir que as configura es de cada IED n o sejam realizadas apenas pelas ferramentas de configura o dos propriet rios dos IED s mas sim com a utiliza o de uma ferramenta de sistema sem existir a necessidade de se saber qual o fabricante do IED Al m de entender a Norma CEI 61850 e os seus benef cios foram identificadas algumas das limita es de implementa o nomeadamente as diferentes perspetivas dos fabricantes no que diz respeito Operadora da Rede de Distribui o Algumas destas diferentes perspetivas s o consideradas um obst culo concretiza o da interoperabilidade e a obten o dos benef cios da CEI 61850 Conclui se que fabricantes e empresas cliente devem trabalhar em conjunto para enfrentar os desafios da implementa o do protocolo CEI 61850 investindo em laborat rios em pessoal com conhecimentos t cnicos e na cria o de projetos piloto SO deste modo ser aumentada a experi ncia destas entidades ganhando experi ncia adequada para decidir como e quando utilizar a Norma CEI 61850 para chegar a uma aplica o em grande escala e normalizada Cap tulo 7 Conclus es e Trabalhos Futuros Neste cap tulo ser o apresentadas as principais conclus es relativas ao trabalho desenvolvido bem como propostas para trabalhos a realizar no f
44. longo da vida til dos equipamentos para garantir o seu bom e correto funcionamento atraves de planos de manuten o bem definidos 3 3 1 Ensaios em Fabrica FAT Os ensaios FAT s o realizados em f brica antes da instala o no local de implementa o da SE e antes da coloca o em servi o onde s o testadas e verificadas as diversas funcionalidades de um SPCC Os ensaios FAT s o realizados a cargo dos fabricantes de equipamentos a quem foi adjudicado a sua conce o por exemplo um fornecedor do SPCC para uma determinada SE anteriormente sua instala o no local realiza nos seus laborat rios um conjunto de testes a todos os equipamentos de forma a garantir o bom desempenho de todas as funcionalidades requeridas A realiza o dos testes deve ser o mais rigorosa poss vel a fim de ser assegurado que todo o equipamento vai funcionar corretamente depois de ser instalado na SE de destino e colocado em servi o Os ensaios FAT podem ainda ser divididos em dois tipos nomeadamente em ensaios em que os par metros dos SPCC s s o verificados e os ensaios que envolvem a simula o de condi es de funcionamento tais como a diferentes temperaturas ao choque a vibra es mec nicas impulsos el tricos entre outros que podem afetar a correta opera o dos equipamentos 13 Em alguns casos estes dois tipos de ensaios s o efetuados em simult neo No caso dos SPCC s deve ser elaborado um plano de teste referente a cada pai
45. nomenclatura espec fica conforme se ilustra no exemplo da Figura 4 7 A este tipo de arranjo d se o nome de Organiza o Funcional 64 65 LD LN Data Data Attribute name name name name functional Logical Node reference constraint FC UE Data reference gt gt gt Data Attribute reference Figura 4 7 Exemplo de Organiza o Funcional 26 Os Dados s o referenciados segundo o modelo de orienta o a Objetos mantendo a sua hierarquia iniciada pelo PD num nivel superior at alcan ar o nivel inferior de atributo de dados A seguinte sintaxe referencia de forma gen rica um determinado dado de um LN DispositivoF sico NoLogico ObjetodeDados AtributodeDados 4 8 Modelo de Servi os A informa o contida num modelo hier rquico comunicada atraves de Interfaces de Servi os de Comunica o Abstrata ACSI do ingl s Abstract Communication Service Interface Na parte 7 2 da Norma CEI 61850 s o definidos dois tipos de interfaces denominados por Cliente Servidor e o Peer to Peer Editor Subscritor tal como apresentado na Figura 4 8 24 28 Interface cliente servidor IED Servidor Cliente ACSI lt T on Requisicao Tem VO Dados Aplica o ita Aplica o IED Servidor ACSI Interface Subscritor 4 tempo cr tico Aplica o piica Figura 4 8 Metodos e comunica o ACSI 26
46. o dos condutores utilizados usualmente para uma nica liga o de rede utilizada para transfer ncia de mensagens do protocolo como sinais entre o IED e os disjuntores ou outros dispositivos 38 86 bielle lp cggonAnRnEE SS SS 6 ESTSRSosesasssecse o na Figu CEI 61850 de um IED 38 Referir que n o pr tico nem possivel testar as varia es de cada tipo de mensagem que poderia ser trocada com todos os demais IED s de um SAS para os servi os e objetos sob teste uma vez que o n mero de possibilidades muito grande e cresce exponencialmente com o numero de IED s O que pr tico e pode ser realizado de forma realista estabelecer scripts de cen rios de teste que possuam uma alta probabilidade de apresentar algum problema e que representem as condi es mais desfavor veis 36 5 5 Testes de Interoperabilidade Os testes de interoperabilidade s o realizados depois dos testes de conformidade e dos testes funcionais Os testes de conformidade n o significam testes de interoperabilidade pois n o garantem a comunica o entre componentes de diferentes fabricantes como exposto na Norma CEI 61850 Os dois testes complementam se e devem ser realizados pela ordem indicada Quando se refere a testes de interoperabilidade refere se garantia de comunica o entre dois ou mais dispositivos pelo que logo aqui se verifica a diferen a em rela o aos testes de conformidade os quais recaem apenas num dispositivo
47. o h religa o Condutor partido Presen a de tens o Cold Load Pickup Inrush Restraint 3 4 5e7 2 3 4e5 129 Anexo C Categorias dos N s L gicos Categorias de N s L gicos N de LN s ae Grupo de No Logico Edi o 1 Edi o 2 A Controlo Autom tico 4 5 C Controlo Supervisionado 5 6 G Fun o Gen rica 3 4 Interfaces e Arquivamento 4 6 L N s L gicos do Sistema 3 9 M Medi o 8 13 P Fun es de Prote o 28 30 R Fun es Relacionadas a prote o 10 11 S Sensores Monitoriza o 4 20 T Transformadores de Medida 2 X Disjuntores e Seccionadores 2 2 Y Transformadores de Pot ncia e Fun es Relacionadas 4 18 Z Outros Equipamentos do Sistema de Pot ncia 15 9 K Equipamento Prim rio Mec nico e N o el trico 5 Q Eventos de Qualidade de Pot ncia 6 Monitoriza o e Supervis o 11 Total 92 159 Anexo D Modelo do Certificado de Teste que Aprova o Desempenho das Mensagens GOOSE 60 IEC 61850 Certificate Level A B issued to For the product lt lt MANUFACTURER gt gt lt lt PRODUCT NAME gt gt lt lt FULL ADDRESS gt gt lt lt VERSION NUMBER gt gt issued by lt lt TEST LAB gt The product has not shown to be non conforming to IEC 61650 5 performance class lt lt P1 or P2 P3 gt gt The performance test has been performed according to the UCA International Users Group GOOSE performance Test Procedures version XY with product s protocol implementation conformance stateme
48. o simulador RTDS 15 Barramento de Esta o Se o equipamento de prote o est em conformidade com a CEI 61850 os comandos do disjuntor podem ser importados para a simula o usando o GTNET GSE suportando este tanto mensagens GOOSE como GSSE A op o de firmware para esta aplica o permite um m ximo de 64 sinais de entradas bin rias e 64 sinais de saidas bin rias para serem trocados entre o simulador e at 8 compat veis com IED s segundo a Norma CEI 61850 Esta tamb m dispon vel um editor de ficheiros SCL que pode ser usado para criar editar os arquivos SCL sec o 4 12 necess rios para a configura o da Norma CEI 61850 Ver Figura 3 10 Sec o 3 6 2 102 Uma outra aplica o designada por GTNET SV possui a op o de firmware de SV que fornece mensagens segundo CEI 61850 Parte 9 2 de SV para tens es e correntes do Sistema El trico de Energia Em rela o ao time stamp dos SV um sinal de um pulso por segundo pode dar entrada para o GTNET atrav s de uma liga o em cabo coaxial ou via fibra tica as ad A iJ T o in a eE Figura 5 16 Cart o GTNET 15 O simulador RTDS foi ja ligado segundo relatado em 15 a uma ampla gama de dispositivos que asseguram as mensagens bin rias GOOSE e GSSE tais como Siemens 7SA522 e 7SJ640 ABB REL 670 Areva P444 entre outros Foram ainda realizadas simula es de SV segundo a mesma fonte aos equipamentos ABB REL 670 e Areva P444
49. os ensaios em Closed Loop Simulator simula o em circuito fechado Em suma a grande diferen a para os ensaios em circuito aberto a capacidade de feedback dos equipamentos em teste influenciando diretamente a simula o sendo o nico meio capaz de testar e visualizar a intera o de v rios rel s de prote o como no caso da prote o de um circuito com linha dupla o qual envolve a intera o entre quatro reles 40 41 Gerador Ordem ao Disjuntor N Estado do Disjuntor possas 0 0 0 000060 6 066 666066666 ES Figura 3 2 Principio de funcionamento do ensaio Closed Loop Simulator 15 Amplificador de Pot ncia 3 6 Equipamentos de Ensaio Seguindo os equipamentos identificados nos modelos de simula o para a realiza o de ensaios pretende se nos pontos seguintes fazer uma descri o mais detalhada das malas de ensaio de forma a tomar um primeiro contacto com tais equipamentos e as suas capacidades Salientar que a entidade exploradora dos SPCC s das SE s de Distribui o Portuguesas detentora de v rias malas de ensaios OMICRON sendo a FEUP a nica entidade detentora de um simulador RTDS em Portugal 15 3 6 1 OMICRON A OMICRON electronics uma companhia internacional que prov solu es para ensaios prim rios e secund rios sendo lider mundial deste nicho de mercado com vendas em pa ses de todo mundo onde tem em alguns deles representantes do pro
50. pelos eventos de prote o em protocolo CEI 61850 104 Cap tulo 6 Avalia o do Impacto da CEI 61850 na Operadora da Rede de Distribui o Neste cap tulo ser demonstrado at que ponto os diferentes fabricantes e clientes como a Operadora da Rede de Distribui o portuguesa utilizam o padr o de comunica o CEI 61850 nos seus sistemas Assim ser o identificadas as limita es para a implementa o atual do teste de interoperabilidade e o estado atual das Subesta es de Energia El trica SE s implementadas segundo a Norma CEI 61850 objetivo deste cap tulo dar a conhecer poss veis trabalhos ainda a desenvolver no mbito da utiliza o integral da Norma CEI 61850 quer ao n vel dos fabricantes quer ao n vel da Operadora da Rede de Distribui o portuguesa 6 1 Introdu o A CEI 61850 n o apenas mais um protocolo um conjunto de protocolos que quando utilizados em conjunto se torna diferente de outros protocolos da ind stria da energia 45 A sua aceita o global tem sido questionada com a pouca pr tica e implica es na implementa o A defini o de Procedimentos de Ensaio o grande desafio que se enfrenta atualmente face Norma CEI 61850 onde recaem v rias quest es entre as quais o modo de configura o dos dispositivos segundo a Norma CEI 61850 como deveriam estes ser testados e o que necess rio para realizar os testes 6 2 Ferramentas de Engenharia 46 A generalidad
51. representa tendo sido apenas alterado o seu endere o IP O resultado obtido atraves do trace representado na Figura 6 3 foi que existe sempre um erro na comunica o sempre que a Unidade Central UC representada na Figura 6 2 tenta comunicar com o IED da Siemens Cabe as empresas cliente dos IED s ter uma preocupa o de como tratar o modelo de designa es atualmente existentes em vista do impacto do modelo proposto pela Norma CEI 61850 aquando do planeamento de uma nova SE ou de migra o de uma SE para o protocolo CEI 61850 Com isto deve tamb m ser realizada uma an lise criteriosa da proposta das extens es de objeto de dados e LN propostos pelos diferentes fabricantes O ideal seria que as empresas definissem na fase de conce o de projeto um modelo definitivo que atenda os pr ximo empreendimentos Prop e se deste modo a cria o de um grupo de estudo para analisar e definir uma padroniza o a n vel da empresa cliente das extens es do objeto de dados e LN s da Norma CEI 61850 Dados fornecidos pelo Departamento de Opera o e Manuten o do Norte da Dire o de Automa o e Telecontrolo da EDP Distribui o Energia SA 110 111 Switch Ethernet X Efacec S420 IED 10 201 204 203 Analisador de Protocolos Efacec S420 110 201 204 201 Siemens Efacec L420 IED 10 201 204 204 10 201 204 202 B1 P501 Polipropigal Cliente Figura 6 2 Esquema da SE utilizada para o ensaio ec Scanner
52. restante sistema como por exemplo a avaria de um IED devendo esta situa o ser automaticamente sinalizada De igual modo uma avaria na RLC n o dever condicionar o funcionamento dos v rios IED s devendo estes ficar a funcionar de forma aut noma Expans o A adi o de novos m dulos de hardware n o dever implicar a substitui o do software de comunica es devendo esta opera o originar somente uma reconfigura o da topologia do SPCC preferencialmente on line Como resultado da expans o do SPCC e dentro dos respetivos limites que ser o indicados pelo fornecedor n o se dever verificar a degrada o da performance do sistema de comunica o Interoperabilidade Deve ser assegurada a possibilidade de interligar v rios equipamentos de diversos fabricantes sem que seja colocada em causa a performance global do SPCC Este requisito sera referido como essencial para a implementa o da Norma CEI 61850 Vida til A arquitetura da RLC selecionada deve permitir a coexist ncia de diferentes tipos e gera es de equipamentos constituintes do SPCC com diferentes fun es e capacidades ii Arquitetura de Comunica o A arquitetura de comunica o dever seguir uma topologia tipo bus que permita o uso de fibras ticas devendo o protocolo de comunica es usar como refer ncia o modelo OSI do ingl s Open System Interconnection O Modelo OSI um modelo de refer ncia para a interconex o de sist
53. s amplamente utilizada nas SE s do tipo SCI da RND que se baseia no envio de pacotes As redes ethernet vieram substituir as redes LonWorks e LON devido as suas vantagens A tecnologia ethernet pode ser definida como um protocolo que tem como base o Modelo OSI utilizando apenas duas das suas sete camadas camada fisica e de liga o de dados como definidas na sec o ii 20 A camada de liga o de dados subdividida em duas camadas como sejam a do Controlo e Acesso ao Meio MAC do ingl s Media Acess Control que cont m os protocolos que controlam o acesso ao meio de transmiss o e faz o encapsulamento de tramas e a do Controlo de Liga o L gica LLC do ingl s Logical Link Control Uma rede ethernet permite que v rios dispositivos estejam conectados a uma mesma linha de difus o de dados broadcast em que a comunica o se baseia no mecanismo CSMA CD do ingl s Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect que permite um acesso m ltiplo com vigil ncia e dete o de colis o da informa o sendo atribuido a cada m quina um endere o nico designado de endere o MAC endere o f sico da interface da rede Caso haja colis o este protocolo permite a sua retransmiss o As principais raz es de sucesso de implementa o das redes ethernet passam por e Simplicidade e rapidez de instala o e Efici ncia em termos de custos e Fiabilidade e Possui v rias funcionalidades que permitem a otimiz
54. sacos 15 Tabela 3 1 Lista de v rios m dulos existentes no software Test Universe 18 46 Tabela 4 1 Justifica es econ micas de migra o para a Norma CEI 61850 22 58 Tabela 4 2 Diferentes partes constituintes da Norma CEI 61850 ccc eecceeecceeeees 59 Tabela 4 3 Arquivos descritos em SCL cccccccesccccecsccecccceeccceecscsescccsecscseeecseeess 72 Tabela 6 1 Compara o de tags CEI 61850 entre dois diferentes fabricantes 112 xvii xviii Abreviaturas Lista de abreviaturas ACSI AT CC CEF CEI CID DEF DMA DT DTR DUT FAT GOOSE GPS GSE GSSE ICD IED IHM IRIG B ISO LAN LC LD Abstract Communication Service Interface Alta Tens o Centro de Condu o Condi es Especiais de Funcionamento Comit Eletrot cnico Internacional Configured IED Description Documento Normativo de Especifica o Funcional de Materiais e Aparelhos da EDP Distribui o Energia Documento Normativo de Caracter sticas e Ensaios de Materiais e Aparelhos da EDP Distribui o Energia Direcional de Terras Detetor de Terras Resistente Device Under Test Factory Acceptance Tests Generic Object Substation Event Global Positioning System Generic Substation Event Generic Substation Status Event IED Capability Description Intelligent Electronic Device Interface Humano M quina Inter Range Instrumentation Group International Standa
55. tempo total de transmiss o deve ser inferior 500ms 4 10 4 Tipo 4 Mensagens de Dados N o Processadas Raw Data As mensagens Tipo 4 incluem dados de saida de transdutores e transformadores digitais de instrumenta o como dados dos TC s e TT s Para dados da classe P1 o tempo total de transmiss o deve rondar os 10ms e para dados das classes P2 3 o tempo total de transmiss o deve rondar os 3ms 68 69 4 10 5 Tipo 5 Mensagens de Transfer ncia de Ficheiros File transfer functions As mensagens Tipo 5 t m como fun o a transfer ncia de ficheiros de elevado tamanho relacionados com dados para grava o ou configura o Normalmente os ficheiros s o separados em blocos de tamanho limitado e enviados em v rias mensagens deste tipo O seu tempo de transfer ncia apresenta se superior a 1000ms 4 10 6 Tipo 6 Mensagens de Sincroniza o de Tempo Time Synchronization O objetivo das mensagens Tipo 6 recai na sincroniza o dos rel gios internos dos IED s de um SAS 4 10 7 Tipo 7 Mensagens de Comando com Controlo de Acesso Command messages with access control As mensagens Tipo 7 servem para enviar ordens de comando e controlo vindas de fun es IHM Remotas ou Locais As mensagens s o baseadas nas de Tipo 3 com par metros de autentica o adicionais exigidos pelos mecanismos de controlo de acesso password 4 11 Mensagens GOOSE 29 As mensagens GOOSE ocorrem na j definida
56. testes de GOOSE e SV CMIRIG B Tr s Figura 5 14 Equipamento CMC 850 da OMICRON e caixa de interface CMIRIG B 43 100 101 5 9 Ferramentas RTDS Technologies para testes da Norma CEI 61850 15 Os recentes desenvolvimentos para o Simulador Digital em Tempo Real RTDS do ingl s Real Time Digital Simulator permitem testar os dispositivos compat veis com o padr o de comunica o definido pela Norma CEI 61850 Esta ferramenta capaz de realizar a simula o em tempo real aos barramentos de esta o e de processo segundo o esquema apresentado na Figura 5 15 Para que tal seja poss vel um novo cart o deve ser adicionado numa slot da Rack do simulador RTDS Esse cart o designado de GTNET do ingl s Giga Transceiver Network Communication Card respons vel por fornecer uma liga o de comunica o em tempo real ao simulador via ethernet sendo capaz de traduzir mensagens segundo a CEI 61850 para o simulador suportando sinais bin rios bidirecionais tal como sinais Trip de rel s ou sinais de estado para rel s bem como SV como por exemplo time stamped voltage and current permitindo testar os equipamentos e sistemas segundo esta nova tecnologia de SE s 44 Disjuntor Disjuntor o n PE Gerador TP AT MT TPAT MT Gerador GTNET SV GTNET SV Barramento E de Processo E ESP GTNET GSE NS REL 1 REL H2 Figura 5 15 Esquema de ensaio de conformidade com a CEI 61850 Utilizando
57. time relay definidos pela CEI 61850 108 Segundo 48 existem quatro passos a percorrer para configura o de mensagens GOOSE na SE considerando que existem IED s de diferentes fabricantes De forma breve o primeiro passo referente a modela o dos dados tal como j definido na sec o 4 6 onde a hierarquia deve ser mantida Neste primeiro ponto fica tambem definida a refer ncia utilizada para a comunica o de informa es necess rias O segundo passo refere se a configura o dos conjuntos de dados nos IED s individuais Existe um conjunto de par metros necess rios para a configura o Entre eles encontram se os GOOSE ID golD Multicast MAC address VLAN priority should be at least 4 VLAN ID according to ethernet switch configuration Application ID AppID or ETYPE APPID Configuration revision confRev DataSet Name Time to live timeAllowedtoLive for GOOSE message in milliseconds A terceira tarefa passa pela configura o das inputs outputs 1 0 GOOSE dos IED s Com esta tarefa pretende se ligar a transmiss o ou rece o do conjunto de dados GOOSE com a variavel interna de um IED Cada fabricante tem o seu pr prio nome de vari vel e isso deve ser referenciado a um determinado dado ou atributo de dados para o conjunto de dados GOOSE A etapa de configura o final a integra o das mensagens GOOSE na SE utilizando a ferramenta de configura o do sistema de tal forma que a interoperabilidade seja
58. um grande agradecimento a Deus por me proporcionar este momento tao importante da minha vida e pelas for as que me deu para nunca desistir e demonstrar que n o me lembro dele apenas nas situa es menos boas Agrade o de igual forma aos meus Pais que sempre tudo fizeram para que eu pudesse alcan ar esta meta da minha vida aos seus grandes esfor os espero que estejam orgulhosos de mim e que o vosso esfor o n o tenha sido em v o Desculpem pelos momentos de infelicidade que vos causei e pelas preocupa es que passaram nesta fase A Vos fico para sempre grato por aquilo que por mim fizeram O meu muito obrigado Aos meus colegas e amigos que me acompanharam nesta etapa e proporcionaram bons momentos de descontra o Agrade o especialmente minha namorada Ana Assis pela sua grande compreens o e pelo esfor o que manteve ao longo deste tempo para me apoiar e ajudar nos momentos menos bons Aos meus colegas de est gio Eduarda Rog rio e Hugo pelos bons momentos que passamos juntos e partilha de conhecimentos Por fim agrade o a todos os Professores que partilharam o seu conhecimento para a minha forma o em especial ao Professor Doutor Helder Leite que acreditou em mim para a realiza o deste trabalho e me ajudou tanto a n vel t cnico como pessoal Lugar ainda para agradecimento a todo o pessoal do Departamento ATOM Norte da EDP Distribui o Energia SA em especial ao Engenheiro Alberto Pinto pelos seus grandes
59. uma VLAN e assim verificar a configura o dos switches ethernet 88 e Teste de interoperabilidade do controlador da SE Interface Homem Maquina IHM incluindo relat rios dos conjuntos de dados do ingl s data sets configurados envio de mensagens GOOSE sec o 4 11 controlo dos equipamentos de manobra da SE com encravamento e transfer ncia dos arquivos de ocorr ncias tal como oscilografia relat rios de defeitos registo sequencial de eventos entre outros e Teste de interoperabilidade dispositivo a dispositivo O teste consiste na verifica o da rece o das mensagens GOOSE sec o 4 11 enviadas durante o teste anterior de interoperabilidade e Teste de interoperabilidade de gateway No Teste s o verificadas varia es entre os pontos de dados e de controlo expostos via CEI 61850 e a interface de comunica o CEI 60870 5 104 ou 101 ou outro protocolo utilizado para comunica o com o Centro de Comando e Controlo e Teste de interoperabilidade das fun es de Unidade de Painel IED s nivel 1 S o verificadas neste teste as fun es de prote o de cada tipo de Unidade de Painel e Teste de interoperabilidade de fun es entre Unidades de Painel O teste verifica a correta atua o das fun es distribuidas de prote o e automa o como falha de disjuntor prote o de barras e encravamento e Teste de interoperabilidade das fun es entre os n veis de Unidade de Painel e de Processo SE Neste t
60. vertical e horizontal referidas na sec o 4 9 Estes servi os s o respons veis pela comunica o entre LN e como tal assumem um papel central na configura o da SE A no o que cada fabricante de IED s atribui ao LLNO diferente Essas diferen as s o origem de conflitos na comunica o e na configura o do SAS principalmente quando se pretende a comunica o entre IED s de distintos fabricantes Esta diferente interpreta o causa assim uma barreira interoperabilidade 4 7 3 Organiza o funcional dos Nos L gicos A Norma CEI 61850 suporta diferentes filosofias e permite a livre aloca o de fun es Isto significa que pode trabalhar igualmente para o conceito centralizado ou descentralizado Com isto os LN s podem ser alocados em m ltiplos dispositivos a nivel de controlo ou num nico dispositivo permitindo por parte do usu rio a utiliza o de qualquer filosofia de sistemas A organiza o hier rquica dos dados atraves da concatena o dos nomes das inst ncias LN s Dados e Atributos de Dados permite criar o modelo de informa o hier rquica ObjectReference ou rvore hier rquica como ilustrado na Figura 4 6 Dispositivo L gico Protection distance Protection trip conditioning Figura 4 6 Exemplo de rvore hier rquica implementada num IED 26 Na pr tica quando se explora o conte do de um IED o cliente apresenta os atributos de cada inst ncia de LN segundo uma
61. 4 e Ensaio funcional ao SPCC no que respeita totalidade do software instalado e Ensaio funcional de todos os perif ricos e Ensaio funcional do processamento das comunica es 30 31 e Verifica o das caracter sticas est ticas das entradas l gicas entradas anal gicas e saidas l gicas na Unidade Central UC e nos Dispositivos Eletr nicos Inteligentes IED do ingl s Intelligent Electronic Device Devem ainda ser efetuados ensaios de comunica o entre a UC e o Centro de Comando e Controlo de forma a ser verificada a sua compatibiliza o Estes ensaios s o da responsabilidade do fornecedor do SPCC Para a execu o dos ensaios referidos deve dispor se da UC do Posto de Comando Local PCL dos IED s da Rede Local de Comunica o RLC dos perif ricos e ainda de equipamentos de ensaio autom tico que possibilitem a realiza o de todos estes ensaios A elabora o de um plano estruturado e l gico para a realiza o dos ensaios tamb m uma boa ferramenta e uma boa pr tica a adotar pelas equipas t cnicas para tal designadas 3 3 Grupos de Ensaios do Sistema de Prote o Comando e Controlo Para al m da classifica o referida na sec o 3 2 os ensaios aos SPCC s podem ainda ser divididos em dois grandes grupos nomeadamente em ensaios FAT e em ensaios SAT Adicionalmente existe um outro grupo de ensaios e verifica es referentes Manuten o Peri dica os quais s o realizados ao
62. 61850 definem se ainda dois grupos de classes de desempenho para as mensagens nomeadamente e Classes de desempenho para prop sitos de Controlo e prote o destacando se as seguintes classes 21 Classe P1 aplicada a bays de distribui o Classe P2 aplicada a bays de transmiss o Classe P3 aplicada a bays de distribui o com caracter sticas de sincroniza o de desempenho superior e Classes de desempenho para prop sitos de medi o e qualidade de Energia destacando se as classes 21 Classe M1 medi o com classe de precis o 0 5 e 0 2 e medi o de qualidade ate ao 5 harm nico Classe M2 medi o com classe de precis o 0 2 e 0 1 e medi o de qualidade at 13 harm nico Classe M3 medi o de qualidade ate 40 harm nico A rela o estabelecida entre os tipos de mensagens e as diferentes classes de desempenho apresentada nos seguintes pontos 21 68 4 10 1 Tipo 1 Mensagens de Alta Velocidade fast message As mensagens Tipo 1 cont m um c digo bin rio simples que por sua vez cont m dados comandos ou mensagens simples como por exemplo de disparo fecho ordem de religa o inicio para bloqueia desbloqueia mudan a de estado estado entre outras O IED recetor atuar de imediato no momento da rece o deste tipo de mensagens i Tipo 1A Disparo trip As mensagens Tipo 1A sao as mais importantes das mensage
63. Assim Classes de LN s diferentes podem ser caracterizadas por Atributos iguais desde que as Classes de Dados perten am mesma CDC O Dado Pos da Classe XCBR pertence Classe de Dados Controllable Double Point DPC 27 com v rios Atributos e entre esses encontra se o Atributo StVal que indica o estado atual do disjuntor Estes aspetos podem ser observados na Figura 4 4 A titulo de exemplo apresenta se na Figura 4 5 a estrutura hier rquica do LN XCBR o qual representa a imagem virtual de um disjuntor A Norma CEI 61850 na sua Parte 7 4 25 define aproximadamente uma centena e meia LN s agrupados em categorias conforme apresentado no Anexo C Na mesma refer ncia podem ser vistos todos os LN s e os seus respetivos Dados de forma detalhada com o recurso a estes LN s que os fabricantes dever o implementar as suas unidades de prote o automa o comando e controlo 62 63 Common Logical Node Information LN shall inherit all Mandatory Data from Common Logical Node Class AM Loc SPS Local operation local means without substation automation communication hardwired direct control EEHealth INS External equipment health jo EEName opt External equipment name plate Tio OpCnt ns Operation counter Tim Controls po e foto TROS rom e boxem Tn PC BIkCIs S Block closing ChaMotEna SP mm OOO Attribute Attribute Type TrgOp Value Value Range M O C Metered Values Name SumSwARs Bq Dataname In
64. Centro de Investiga o Manitoba HVDC Nesta altura verificava se tamb m a introdu o dos rel s de prote o com tecnologia digital nas SE s o que tornava o simulador RTDS numa tecnologia v lida e muito promissora Depois de uma d cada de desenvolvimentos a nivel de software e hardware foi lan ado em 1993 o primeiro simulador digital em tempo real sendo a sua fabrica o comercializa o e suporte exclusiva da empresa RTDS Technologies Inc 15 At aos dias de hoje o RTDS tem vindo a ser alvo de continuo aperfei oamento e cada vez mais utilizado por todo o mundo nomeadamente pelas empresas respons veis pelo transporte e distribui o de energia el trica que avaliam desde situa es de risco que envolvem o sistema de prote o e o SEE ao simples teste de um determinado rel de prote o O simulador RTDS baseado numa arquitetura de processamento paralelo concebido especificamente para resolver o algoritmo de simula o dos transit rios eletromagn ticos de uma rede el trica desenvolvido pelo Dr Hermann Dommel O seu principio de funcionamento em tempo real baseado na utiliza o discreta de passo de integra o de pequeno intervalo de tempo assemelhando se assim o mais poss vel da realidade continua sendo que quanto menor for o passo de integra o mais pr ximo do tempo real a simula o fica aumentando a sua exatid o 7 Tipicamente o passo de integra o para as simula es em tempo r
65. Contadores de tempo e registadores de eventos e Ferramenta de teste com modelos de carga modelos de configura o e modelos de rede capazes de comparar e avaliar os dados de modelo com os resultados dos testes Todas estas fun es fazem parte de equipamentos de ensaio dos mais sofisticados do mercado Contudo as empresas querem tornar os seus equipamentos de ensaio atuais aptos a testar os SAS em CEI 61850 e n o adquirirem novos equipamentos de ensaio de custo muito elevado para tal interessante e til adotarem se regras e m todos de ensaio que permitam de uma forma econ mica e funcional utilizarem os mesmos equipamentos de ensaio Nos pontos que a seguir se apresentam s o identificadas as novas tecnologias de software e hardware para testes em CEI 61850 5 8 Ferramentas OMICRON para testes da Norma CEI 61850 18 A OMICRON fornece as ferramentas de teste aos engenheiros de prote es como mostrado na sec o 3 6 1 As ferramentas OMICRON dedicadas ao protocolo CEI 61850 permitem a subscri o e simula o de mensagens GOOSE em tempo real e a publica o de SV 94 95 na rede LAN Ethernet Para testes de prote es que utilizam o protocolo CEI 61850 GOOSE e SV existem fun es espec ficas que permitem a interliga o dos equipamentos de teste OMICRON rede de comunica o da SE Salientar que nem todos os modelos do equipamento CMC da OMICRON possuem a capacidade de realiza o destes tipos de ensaios est
66. DSforbrebc M P217SLD LLNO DSforbrebD QH P217SLD LLNO DSforurcbA E P217SLD LLNO SMTP217D51 Update Report Poll CA Users Pedro Desktopi Disserta o Documentos EDPAP217 SMT B1 icd P2175 Completed Figura 5 8 Ambiente grafico do modulo de EDScout 40 A Figura 5 8 mostra o ambiente grafico do software IEDScout A utiliza o desta ferramenta requer alem de equipamento de teste especifico de uma licenca que permita a sua utiliza o segura e acreditada 5 8 2 GOOSE 41 O modulo de software de configura o GOOSE representado na Figura 5 9 permite a configura o do mapeamento e dos ajustes do equipamento de teste CMC para a comunica o com as mensagens GOOSE na RLC da SE Este m dulo pode ser inserido m ltiplas vezes em planos de teste com qualquer m dulo de teste OMICRON para automaticamente configurar as liga es De forma a facilitar a entrada de par metros e evitar erros t picos os par metros podem ser importados dos arquivos de configura o no formato normalizado SCL 96 97 OMICRON GOOSE Configuration Test View GOOSE Configuration in OMICRON occ A Fie Edt View Test Parameters Window 7 Dwa E mm B ak 2 we Subsoiplions Simulations Input 1 1 3 Input 3 d input 4 5 Input E Input E T Input 7 E Input 8 9 Input 3 10 rgt 10 Display Name Display Mame from the Harcesare Conhguration EosT GOOSEs Name 1 H GODSE SUB 00 Hamre Name 1
67. E garantindo assim a Interoperabilidade A CEI 61850 surgiu de estudos e investiga es realizados nos Estados Unidos no EPRI do ingl s Electric Power Reserch Institute num projeto designado de UCA do ingl s Utility Communications Architecture e de tr s grupos de trabalho da CEI na Europa Estas organiza es de investiga o estavam a trabalhar segundo os mesmos objetivos e portanto decidiram associar se para obter uma Norma Internacionalmente aceite A Norma CEI 61850 Primeira Edi o foi lan ada em 2003 2004 e desde ent o vem sendo constantemente aperfei oada e alargada A CEI 61850 caracteriza se como um conjunto de Regras e Protocolos para o estabelecimento e uniformiza o da comunica o dentro de uma SE atraves do uso da rede LAN ethernet de alta velocidade e elevada fiabilidade para prote o e automa o Isto permite uma completa integra o entre os diversos equipamentos digitais possibilitando a disponibiliza o das informa es de interesse aos seus utilizadores tais como operador local operador do Centro de Comando e Controlo remoto equipas de pr e p s opera o manuten o prote o entre outros A CEI 61850 veio ainda facilitar a expans o dos sistemas oferecendo a garantia de expansibilidade e interoperabilidade inclusive entre IED s de diferentes fabricantes 19 4 2 Motiva o para o Desenvolvimento da CEI 61850 A grande motiva o para o desenvolvimento da CEI 61850 pode ser entendida
68. EI 61850 respeitante implementa o de um novo protocolo de comunica es entre as diversas Subesta es Para estes casos prop e se uma avalia o do impacto nos atuais sistemas em termos econ micos t cnicos de comissionamento e testes de funcionamento e manuten o Por fim uma evolu o tecnol gica que est a come ar a ser bastante considerada pelas empresas de distribui o de energia el trica o conceito de Smart Grid o qual implica uma utiliza o de informa o muito maior sobre o processo el trico o que facilitado pelo uso da Norma CEI 61850 e portanto investiga es sobre o assunto s o ainda superficiais pelo que se adivinha que um estudo profundo tenha um impacto significativo para as empresas de distribui o de energia el trica 120 Refer ncias 1 2 3 4 5 6 7 B Sampaio Desenvolvimento de modelo de ensaio de Sistemas de Protecao Comando e Controlo Num rico SPCC em Dispositivos Eletronicos Inteligentes IED utilizando o software OMICRON Test Universe Disserta o de Mestrado Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto FEUP Porto 2009 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Projeto Tipo Mem ria Descritiva DIT C13 500 N 2007 Online Available http www edpdistribuicao pt gt Profissional gt Projecto tipo SE AT MT Acedido em 02 2013 C Nobre Estudo da No
69. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto APORTO FEUP FACULDADE DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO PORTO Avalia o do Impacto em Comissionamento e Testes de Funcionamento numa Subesta o com Protocolo CEI 61850 Pedro Emanuel Pinto Cardoso VERS O FINAL Disserta o realizada no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrot cnica e de Computadores Major Energia Orientador Prof Dr Helder Leite Co orientador Eng Alberto Pinto Julho de 2013 O Pedro Emanuel Pinto Cardoso 2013 Resumo Recentemente t m surgido novas t cnicas de comunica o utilizadas no controlo e supervis o de Subesta es com o objetivo de garantir uma maior fiabilidade e qualidade no fornecimento de energia el trica o caso da Norma CEI 61850 A aplica o da Norma CEI 61850 acarreta uma extensa lista de ensaios de conformidade Esta disserta o tem como ambito o estudo do impacto que esses ensaios de conformidade acarretam para os Sistemas de energia assim como para as equipas t cnicas e para os equipamentos de ensaio relativamente ao que hoje realizado pela Operadora da Rede de Distribui o portuguesa A disserta o apresenta os ensaios realizados atualmente pela Operadora da Rede de Distribui o assim como os indispens veis equipamentos de ensaio para a sua concretiza o Posteriormente s o identificados os ensaios para verifica o da CEI 61850 identificando se as diferen as aos atuais ensaios assim com
70. Figura 2 1 Por outro lado existe aparelhagem de montagem interior nomeadamente no edif cio de comando incluindo os equipamentos principais de MT e sistemas de alimenta o prote o comando controlo e interface homem ma quina conforme Figura 2 2 2 a N Hs iiw ETS AL i pi I Y Ez il Descarregador de Sobretens es DST Descarregador de Transformador Transformador Transformador Sobretens es DST de Corrente TC de Corrente TC de Pot ncia TP Transformador Linha AT Disjuntor Seccionador Isoladores Seccionador Disjuntor Cabos MT de Tens o TT Figura 2 1 Identifica o dos equipamentos do parque exterior da SE AT MT Tipo 2 N i Figura 2 2 Interior do Edificio de Comando da SE AT MT Tipo 2 Na Figura 2 2 possivel identificar 1 Unidades de Prote o comando e Servi os Auxiliares de Tens o Continua controlo Servi os Auxiliares de Tens o Alternada Arm rio de equipamentos de contagem Arm rio com Retificador Posto de Comando Local PCL Arm rio de Telecomunica es Arm rio com Baterias O CON O UI Quadros de M dia Tens o 2 2 Sistemas de Automa o de Subesta es Os Sistemas de Automa o de Subesta es SAS podem ser entendidos como um sistema de supervis o de gest o e controlo de sistemas de distribui o de energia el trica compost
71. Flexibilidade de explora o e evolu o Na Figura 2 10 s o apresentados a titulo de exemplo duas UC s Figura 2 10 Unidades Centrais da ABB 12 iii Posto de Comando Local O PCL tamb m instalado no n vel 2 do SPCC baseado num PC industrial com as caracter sticas referidas em 4 O PCL respons vel pelo arquivo dos registos do Sistema e por todas as fun es de visualiza o e interface operacional com o utilizador A partir deste poss vel a parametriza o e configura o dos IED s e a an lise do registo de eventos Atraves do PCL poss vel efetuar a supervis o e o comando global da SE atrav s de um tratamento estruturado da informa o ou seja podemos considerar o PCL como sendo um sistema SCADA aplicado a SE o que permite e Visualizar os esquemas sin ticos da instala o incluindo o estado atual de todos os org os e restante aparelhagem e Visualizar o valor de todas as medidas disponiveis e Efetuar comandos sobre todos os rg os da instala o que o permitam e Visualizar atrav s de um registo cronol gico todas as ocorr ncias verificadas na instala o 26 27 e Efetuar o tratamento de par metros de automatismos de prote es de comunica o e de registo de perturba es e Visualizar o estado de autodiagn stico do SPCC Para al m destas fun es enumeradas anteriormente o PCL possibilita a simula o de manobras sobre equipamentos da instala
72. IEC 61850 Trace Window Trace Window Diagnostics Help IEC 06 35 59 005 IEC 06 36 12 422 IEC 06 26 50 575 IEC 06 37 03 401 IEC 06 27 42 242 IEC 06 27 54 560 IEC 06 38 33 612 IEC 06 38 45 730 IEC 06 39 24 684 IEC 06 39 37 099 IEC 06 40 16 354 IEC 06 40 28 460 IEC 06 44 07 624 IEC 06 44 19 539 IEC 06 44 59 293 IEC 06 42 44 440 IEC 06 42 50 362 IEC 06 43 02 078 IEC 06 43 44 432 IEC 06 43 54 248 IEC 06 44 33 402 IEC 06 44 45 618 IEC 06 45 24 272 IEC 06 45 37 389 IEC 06 45 16 042 IEC 06 45 28 759 IEC 06 47 07 344 IEC 06 47 20 129 IEC 06 47 59 281 IEC 06 48 44 499 IEC 06 48 50 351 IEC 06 49 02 769 IEC 06 49 44 624 IEC 06 49 54 237 IEC 06 50 33 290 IEC 06 35 21 253 Socket 0730gqe5c Socket OF 3045 oc Socket 07305174 Socket 07305174 Socket OF 3045 o Socket OF 3045 o Socket 07305174 Socket OF 305474 Socket OF 3045 o Socket OF 304e5 0 Socket 07305174 Socket 07305174 Socket OF 30425 o Socket OF 3045 o Socket 07305174 Socket 07305174 Socket OF 30425 c Socket OF 3045 o Socket 07305174 Socket 07305174 Socket OF 3045 o Socket OF 30425 o Socket 07305174 Socket 07305174 Socket OF 3045 o Socket OF 30485 c Socket 07305174 Socket 07305174 Socket OF 30425 o Socket OF 3045 o Socket 07305174 Socket 07305174 Socket OF 30485 c Socket OF 30425 o Socket 07305174 Socket 07305174 Connect Fail
73. L InClass GGI0 InInst 1 doName Ind7 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind amp fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGIO InInst 1 doName nd8 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind9 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind9 fc ST gt Figura 6 6 Dataset declarado pelo ICD extraido do IED via rede esquerda e Dataset declarado pelo ICD exportado pelo software direita 51 Segundo 52 durante a implementa o de um sistema CEI 61850 com v rios fabricantes tornou se aparente que alguns detalhes importantes da implementa o fossem definidos de acordo com os crit rios dos fabricantes e n o estabelecidos pela Norma CEI 61850 Concluiu se ent o que a nica forma de ser bem sucedida seria documentar separadamente os pontos identificados sobre o que a CEI 61850 bastante vaga como requisitos para garantir a funcionalidade requerida do sistema Alguns exemplos desses detalhes passam pela Quantidade de associa es cliente servidor para o dispositivo Quantidade de mensagens ponto a ponto que o dispositivo vai exibir ou transmitir Quantidade de mensagens ponto a ponto que o dispositivo vai subscrever ou receber N mero de caract res permitidos no nome do dispositivo Diagn stico do tempo de opera o run time do dispositivo Configura o do dispositivo atraves da
74. LISMO c cece cece cece cece cccececececscececececececes 128 ANEXO CE E E E A E a ee a He a eee 130 Categorias doS NOS LOBICOS mespren oiiae ido Sima ns a Sa SD OEE Dinis Dim da 130 ANEXO D sai it a a ee et Sete tat te Go ta te 131 Modelo do Certificado de Teste que Aprova o Desempenho das Mensagens GOOSE 60 131 ANEXO E se Go Cos GD is a AE a cs 132 Xi xii Lista de figuras Figura 2 1 Identifica o dos equipamentos do parque exterior da SE AT MT Tipo 2 6 Figura 2 2 Interior do Edif cio de Comando da SE AT MT Tipo 2 cccccceceeceececnccees 6 Figura 2 3 Arquitetura e organiza o funcional de alto nivel do SPCC 10 Figura 2 4 Arquitetura LonWorks para o sistema de comunica o dos SPCC s utilizada pela PACE O echusesuccrvettdcmececseneluenteemeremsinnnsuaus demevemsdeet Cedae n ie Estuda dades tenses 18 Figura 2 5 Arquitetura LON para o sistema de comunica o dos SPCC s utilizada pela ABB O saia si E E Asi Rad nela abas DE EB Ra pi Ap E A E 19 Figura 2 6 Arquitetura Ethernet em protocolo CEI 60870 5 104 6 22 Figura 2 7 Arquitetura Ethernet em protocolo CEI 61850 cece eee e cc ceeeeeeeeeees 23 Figura 2 8 Descri o do painel frontal de um IED 9 ccc cece cece eens ee cceeeeecceeeees 25 Figura 2 9 Descri o do painel traseiro 9 sesesesesesesesesssssseseseseseseseseseseseseseee 25 F
75. NTROL InClass GGI0 InInst 1 doName Health fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind1 fe ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind1 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGI0 InInst 1 doName Ind10 fe ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGI0 InInst 1 doName Ind10 fe ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGI0 InInst 1 doName Ind2 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGI0 InInst 1 doName Ind2 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind3 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind3 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind4 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGIO InInst 1 doName Ind4 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGI0 InInst 1 doName Ind5 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGI0 InInst 1 doName Ind5 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO InInst 1 doName LocSubst fe ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGIO0 InInst 1 doName LocSubst fe ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGI0 Inlnst 1 doName Ind6 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGI0 Ininst 1 doName Ind6 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGI0 InInst 1 doName Ind7 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTRO
76. OS 16 sarna nie san Da betes DSO PUDOR Da r a e TR 99 Figura 5 13 Modelo geral de teste segundo CEI 61850 utilizando as ferramentas OMICRON AB ia a r E a a E nin sueas 99 Figura 5 14 Equipamento CMC 850 da OMICRON e caixa de interface CMIRIG B 43 100 Figura 5 15 Esquema de ensaio de conformidade com a CEI 61850 Utilizando o simulador REDS 15 esta fe rj ad a a 101 Figara 5 160 Cartao GENET 13 sas sssasatos e Ce den tadce mares Eaa 102 Figura 5 17 Esquema de montagem para ensaios segundo a Norma CEI 61850 28 102 Figura 6 1 Softwares de configura o de IED s de diferentes fabricantes 107 Figura 6 2 Esquema da SE utilizada para o ensaio cece cece ec cceeccceececeeeeceeesceeeeees 111 Figura 6 3 Trace da comunica o do ensaio realizado cc ccc cee cece ceeeeecceeeeecceeeees 111 Figura 6 4 Nos L gicos de um IED de prote o de uma subesta o da Efacec 113 Figura 6 5 Exemplo de formas de aloca o de Nos L gicos entre IED s 50 115 Figura 6 6 Dataset declarado pelo ICD extraido do IED via rede esquerda e Dataset declarado pelo ICD exportado pelo software direita 51 ccc cece cece eee eeeees 116 XV XVi Lista de tabelas Tabela 2 1 Principais aplica es servi os disponibilizados pelos SPCC S 8 Tabela 22 Camadas do MOEG USE cane pda o aa E o Saes aa
77. a o ao meio de transmiss o e incluem processamento local e recursos de rede podendo ser ligados a dispositivos locais Em cada n existe uma unidade com sensores e dispositivos de controlo um transcetor respons vel pela conex o el trica do dispositivo ao meio um neuron ship dispositivo semicondutor desenvolvido para dotar os sensores e equipamentos de controlo de intelig ncia artificial e capacidade de funcionar numa rede de comunica o e uma fonte de alimenta o e Protocolo de comunica o Protocolo LonWorks LonTalk adaptado pela Efacec o qual permite acesso ao meio de suporte f sico confirma o da transa o comunica o ponto a ponto prioridade das transmiss es dete o de mensagem duplicada impedimento da ocorr ncia de colis es reentradas autom ticas mistura de v rias taxas de transmiss o dete o e corre o de erros fiabilidade na entrega e integridade dos dados e Canal de Comunica o Fibra tica O canal de comunica o o suporte f sico atraves do qual ha tr fego de dados Todos os n s conectados ao mesmo canal devem possuir transceivers compativeis entre si Numa rede LonWorks cada unidade IED tem um respetivo n mero de identifica o nico pertencente ao dispositivo e um endere o dependendo da posi o em que colocado na rede As principais desvantagens do tipo de rede LonWorks s o e Sempre que um IED avaria necess rio para substitui o do mesmo efetuar u
78. a o da rede e Possibilita a transmiss o de dados em full duplex ou seja permite a transmiss o e rece o de dados ao mesmo tempo entre os mesmos equipamentos Uma das grandes vantagens da rede ethernet o facto de permitir a liga o simult nea de diversos equipamentos a um ponto comum da rede atraves da utiliza o de switch s S o assim garantidos os requisitos temporais impostos pelos tempos m ximos de funcionamento das prote es e automatismos Um switch utiliza um mecanismo de filtragem e de comuta o muito similar ao utilizado pelas pontes estreitas gateways analisando a fonte e o destino das mensagens atraves da elabora o de uma tabela O facto de conhecer a porta do destinat rio o comutador difundir a mensagem na porta adequada ficando as restantes livres para transmiss es de outras mensagens simultaneamente tudo isto com base no mecanismo de acesso ao meio CSMA CD 6 Existem v rios tipos de rede ethernet com diferentes velocidades de transmiss o de dados tais como Ethernet 10 Mbps Fast Ethernet 100Mbps Gigabit Ethernet 1 Gbps e 10 Gibatit Ethernet 10 Gbps Atualmente nas SE s do tipo SCI da RND utilizada a Fast Ethernet com designa o cientifica IEE 802 3 que n o mais que um avan o do padr o Ethernet mantendo a mesma estrutura bem como normas de implementa o Existem v rias formas de implementa o fisica da rede Fast Ethernet tais como em Cobre como por exemplo o cabo
79. a o interRack os quais permitem que a informa o seja compartilhada entre os diferentes subsistemas e cart es de processamento ligados atrav s de um barramento comum Cada Rack cont m ainda um cart o de interface com a workstation a qual sincroniza os c lculos de simula o e coordena a comunica o entre os cart es de processamento bem como a comunica o entre Racks Fornece ainda comunica o via ethernet entre a interface gr fica do utilizador durante as simula es reais Os cart es de processamento s o respons veis por calcular o comportamento global da rede Na Figura 3 10 esta representado o simulador RTDS com nfase a sua constitui o f sica 50 Rack tipica RTDS rns see bt te es Cart o de Comunica o Cart o Processador Figura 3 10 Vista geral de Hardware do RTDS 15 i Software RSCAD 15 A principal interface do utilizador com o simulador RTDS atrav s de um software de facil utiliza o RSCAD que permite ao utilizador a constru o dos circuitos a simular e a sua execu o e opera o a partir de uma interface user frendly O software de interface gr fico inclui uma biblioteca de componentes do sistema de pot ncia e controlo que permitem o desenho em ambiente CAD do sistema a simular Apos o desenho do circuito os par metros especificos de cada componente s o introduzidos no modelo Uma vez que o simulador RTDS opera em tempo real continuo o sistema de al
80. a Eea E EAE EATEN 60 Ao NOS LOSIC OS rasta id vai E E E E eat E ERE 61 AS Modelo de SERVI OS serren neee E E E E O E ad ERANS 65 A9 Tiposde COMbNICa ES eeir eninin aE EE ETA aa 66 4 10 Tipos de Mensagens 21 esnunsssseossesosssssscesescecesseceoseceoesesosoeececoesseoroseeeo 67 41 Mensagens GOOSEZO escuras sas aN EEEE 69 4 12 Linguagem de Configura o de Subesta es sssssssssesesesesssososoeseosssssesseoeo 71 A 13 CONtrol BLOCOS uia ri iett E E Sa a A Ea SR e UEA 73 4 14 Barramento Ge Processo saiam Dona cai E Das a E ua E SS Ria E a a E Ra Ea a 74 215 Comentanos FINAIS sa A A Ry eS E RR Re 75 Capitulo Ds sssios ias ni ai ace da vb ao a a athe econ Meena beeen a a 77 Ensaios de Comissionamento e Testes de Funcionamento em Subesta es CEI 61850 77 5 1 Notas Introdutorias aos Ensaios da CEI 61850 ccc cece errar 77 5 2 Testes de Garantia de Qualidade wi ses sad vcsnh ocd datatied capeta ea salada dead cus ru cosa da ado 78 3 Testes qe Conformidade varias dcalons nck cbc redecins tak ada ado us as dak dna aei 80 SA NEStes FUNCIONAIS varcivst ana Ra Ds beset eek erate battens eater Abe bas ean a meee han ara 84 5 5 Testes de Interoperabilidade ccc cceeccccnscccneccceescceesscesecceenscceseccesesceeess 86 5 6 Testes de Desempenho do Sistema ssccccesccccccccvescceescceseccceesccessccesesceeees 91 de Dispositivo de Teste Universal su sssuntsa cots oh cecwecetiensvasecacee
81. a cr tica dos dados a transmitir e aos tempos de resposta a atingir Desta forma devem ser cumpridas um conjunto de condi es que garantam uma elevada consist ncia temporal necess ria para satisfazer e Cronologia correta e Opera es c clicas e Sincroniza o de a es e Opera es multitarefas e Controlo sequencial e Imagem correta de evolu o do processo De modo a cumprir estas condi es necess rio uma e Sincroniza o por broadcast e ou GPS ou por protocolo de comunica es e Minimiza o do tempo de aquisi o de dados e Otimiza o do tempo de resposta e Elevada capacidade de gest o temporal e Uniformidade do tempo de resposta de toda a rede e Elimina o de paragens e retransmiss o interm dia e Minimizacao das mensagens de overhead Tempos m ximos admitidos para fun es cr ticas Atendendo import ncia e rapidez de resposta que a rede el trica necessita o dimensionamento da RLC do SPCC deve garantir o cumprimento de todos os tempos m ximos de atua o para as fun es criticas do sistema Em 5 s o apresentados os tempos m ximos de atua o para determinadas fun es Fiabilidade e Redund ncia das Redes Locais de Comunica o A fiabilidade e redund ncia das RLC apresentam se como fatores essenciais para o correto funcionamento dos SPCC s contribuindo para uma otimiza o dos indicadores de servi o Uma rede local de dados deve ser estrut
82. a de interoperabilidade mesmo ap s a aprova o dos testes de conformidade V rios fatores influenciam a interoperabilidade dos IED s que causam os problemas tal como as ambiguidades na interpreta o da CEI 61850 diferentes interpreta es v rias implementa es influ ncia dos perfis e arquiteturas de comunica o adotadas pelos diferentes fabricantes A Norma CEI 61850 n o define os Dispositivos L gicos LD do ingl s Logical Device deixando essa defini o para os fabricantes e clientes finais O que se tem verificado que o mercado apresenta IED s com apenas um LD e outros apresentam v rios LD s dentro do Dispositivo F sico PD do ingl s Physical Device Um PD t pico inclui i LD relacionado com a Prote o ii LD relacionado com o Controlo iii LD relacionado com a Medi o iv LD relacionado com o Registo Estas diferentes aplica es da Norma CEI 61850 por parte dos fabricantes e clientes podem causar ambiguidades tornando a tarefa de interoperabilidade mais complicada Um exemplo disso s o os arquivos ICD e CID definidos na sec o 4 12 utilizados pelas ferramentas de configura o de diferentes fabricantes criando se dois tipos de arquivos para a mesma informa o causando ambiguidades e dificuldades na utiliza o da ferramenta de configura o do sistema A resolu o desta ambiguidade passa pela altera o do nome da extens o do arquivo para permitir a sua entrada no configurador de sistema
83. a que todas as configura es sejam devidamente percecionadas por todos os IED s constituintes da SE As Principais tarefas das ferramentas de configura o passam por responder s seguintes quest es 47 i Como dizer a um IED a forma que o equipamento principal conectado ii Como dizer a um IED quais as fun es que ele deve fornecer e g bloqueio e controlo iii Como dizer aos IED s que valores de dados devem fornecer para as fun es internas do IED e para outros IED s iv Como dizer aos IED s que valores de dados devem enviar quando envia los e para quem v Como dizer aos IED s que valores de dados v o receber de outros IED s e g posi o do disjuntor e como receber e g MMS GOOSE ou Relat rios O uso de ferramentas desenvolvidas fora do contexto dos pr prios fabricantes de prote es um fator decisivo para a configura o de uma SE reutilizavel visto que o processo de constru o destes softwares deve ter seguido um princ pio de universalidade de utiliza o n o devendo depender dos fabricantes que se pretendem utilizar no projeto Este facto preponderante para os sistemas onde se deseja chegar a uma configura o da SE pautada pela imparcialidade em rela o aos fabricantes considerados Em ltima an lise nunca vai ser possivel contornar completamente a necessidade de recorrer as ferramentas dos fabricantes mas caminha se na tentativa de reduzir ao m ximo esta necessidade
84. acesso aos Dispositivos L gicos LD s do ingl s Logical Devices as inst ncias de Nos L gicos LN s do ingl s Logical Nodes e dentro destes as instancias de dados e ainda a capacidade do IED em termos de servi os de comunica o Para os IED s que suportam os arquivos SCL necess rios O software de configura o de qualquer fabricante deve ter capacidade de visualizar as descri es dos dados dos arquivos SCL que representam as necessidades do sistema e os recursos dos IED s Isso permite que o projetista visualize e conecte logicamente os dados entre os IED s de qualquer fabricante Ou seja deve tamb m ser verificada a interoperabilidade entre as ferramentas de configura o dos IED s de diferentes fabricantes i Configura o das Comunica es O software propriet rio de cada fabricante permite tamb m a configura o das comunica es na SE tanto a comunica o vertical quanto a comunica o horizontal Para a comunica o vertical definido o IP do ingl s Internet Protocol do IED Para a comunica o horizontal definido o conte do das mensagens GOOSE definidas na sec o 4 11 que s o enviadas e quais as mensagens GOOSE que s o recebidas 39 Dois grandes desafios aparecem aquando da implementa o das mensagens GOOSE sendo 1 A configura o das mensagens GOOSE entre IED s de diferentes fabricantes a fim de se alcan ar a interoperabilidade 2 Garantia dos requisitos de desempenho
85. alarme e Dispositivos de controlo adicionais bot es chave bloqueios e Sistemas de grava o de eventos como defeitos 36 37 Apesar da necessidade imperiosa da exist ncia do referido modelo de manuten o peri dica deve ter se em conta nomeadamente para estas entidades de explora o de redes el tricas que a qualidade e continuidade de servi o n o devem de modo algum ser prejudicadas por estas atividades erguendo se deste modo a justifica o para a elabora o dos planos de manuten o cuidados e rigorosos por entidades competentes Uma boa pr tica a realiza o das a es de manuten o dos SPCC s aquando da manuten o do equipamento principal quando este se encontra fora de servi o como por exemplo na manuten o de um transformador de pot ncia da SE A elabora o do plano de manuten o e a sua correta aplica o permite e Aumentar a fiabilidade e a disponibilidade dos equipamentos o que reduz os custos associados s avarias e Aumentar o periodo de vida til dos equipamentos e Aumentar a seguran a dos operadores dos equipamentos e Facilitar a gest o de stocks e Minimizar a indisponibilidade dos sistemas em que os equipamentos sujeitos a manuten o est o integrados e Prever os custos da manuten o e Reduzir e regularizar a carga de trabalho Al m da manuten o peri dica existem outros tipos como a manuten o corretiva em que os trabalhos n o s o programados req
86. ando dispon vel para os equipamentos com as seguintes refer ncias CMC 850 dedicado Norma CEI 61850 CMC 356 CMC 353 CMC 256Plus e CMC 256 6 com a op o NET 1 Segundo estes modelos constata se que o Departamento da Entidade Exploradora da Rede Nacional de Distribui o dedicado aos ensaios das SE s de Distribui o AT MT n o detentor de nenhum destes equipamentos sendo portanto um ponto de interesse deste estudo verificar a atual necessidade de uma poss vel aquisi o deste equipamento e quais as suas mais valias para o bom funcionamento da empresa e principalmente das instala es identificando se os possiveis ensaios a realizar com tais equipamentos Nos pontos seguintes s o apresentadas as diferentes ferramentas de teste dedicadas Norma CEI 61850 segundo a OMICRON dedicadas para os equipamentos referidos anteriormente 5 8 1 IEDScout 40 O IEDScout uma ferramenta de software para os engenheiros de prote es que trabalham com dispositivos compat veis com a Norma CEI 61850 A ferramenta capaz de fornecer in meras fun es teis necess rias nas SE s ou em laborat rios e introduzir novas op es para aumentar a profundidade e qualidade dos ensaios Com o IEDScout os modelos de dados e configura es dos dispositivos compat veis com a Norma CEI 61850 podem ser estudados e avaliados O uso de informa o de configura o no formato SCL normalizado suportado por toda ferramenta Esta ferramenta ser
87. ando o sistema estiver completamente configurado SO assim se obt m os verdadeiros resultados de transfer ncia de dados assim como tamb m se pode verificar as intera es entre os equipamentos de diferentes fabricantes existentes De modo a serem representadas as situa es mais desfavor veis ou de maior stress na rede deve considerar se a simula o de defeitos que evoluam para incluir m ltiplas zonas de prote o na SE juntamente com falhas de disjuntor O teste deve mostrar se a LAN opera corretamente durante as avalanches de mensagens GOOSE nesta situa o com todas as fun es e intera es dos IED s 36 A Norma CEI 61850 Parte 10 33 requer o teste de tempos de transfer ncia de acordo com os requisitos especificados na Parte 5 da Norma CEI 61850 Os tempos de transfer ncia est o identificadas na sec o 4 10 de acordo com a CEI 61850 Parte 5 21 tendo em conta os tempos especificados para cada mensagem Na Partes 10 da CEI 61850 descreve se tamb m a metodologia para verifica o da sincroniza o de tempo utilizando os servi os SNTP ou IRIG B especificados na CEI 61850 se suportados nos dispositivos sob teste 36 A CEI 61850 recomenda a execu o dos testes e verifica es do tempo de transfer ncia durante os ensaios de aceita o do SAS na instala o onde ir funcionar e portanto inserem se nos j referidos ensaios SAT definidos na sec o 3 3 2 Com a realiza o dos testes de desempenho
88. ano e M Pereira Integra o de Fun es de Prote o e Controle Utilizando Recursos da Norma 1EC61850 Possibilidades e Desafios em IX Semin rio T cnico de Prote o e Controle STPC Belo Horizonte Minas Gerais Brasil 2008 51 D Makiyama e E Pellini Interoperabilidade e Desempenho de IEDs em Sistemas IEC61850 em X Semin rio T cnico de Prote o e Controle STPC Recife Pernambuco Brasil 2010 52 V Flores D Espinosa J Alzate e D Dolezilek Case Study Design and Implementation of IEC 61850 From Multiple Vendors at CFE La Venta II Schweitzer Engineering Laboratories SEL Comercial LTDA and Comisi n Federal de Electricidad CFE 2007 53 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Fun o de automatismo comuta o autom tica de disjuntores BT DEF C13 550 N 2007 Dispon vel em http www edpdistribuicao pt gt profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Especifica o Funcional Acedido em 02 2013 54 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Fun o de automatismo religa o r pida e ou lenta de disjuntores DEF C13 551 N 2007 Dispon vel em http www edpdistribuicao pt gt Profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Especifica o Funcional Acedido em 02 2013 55 EDP Dist
89. ar a verifica o do correto funcionamento dos SPCC s de uma instala o nomeadamente no que se refere a e Modos de funcionamento e encravamento e Prote es e Automatismos e Gest o da Informa o e Interface Humano M quina 3 5 1 Open Loop Simulator O simulador em circuito aberto tamb m conhecido como Playback Digital Simulator recorre a um conjunto de hardware e software espec fico do fabricante OMICRON Eletronics para proceder aos ensaios funcionais dos rel s de prote o 7 O equipamento de teste OMICRON permite que sejam observados e estudados os comportamentos de determinado rel sob determinadas condi es garantindo o correto ajuste dos par metros dos reles O principio de funcionamento do ensaio em circuito aberto parte do envio da informa o relativa as defini es do rel em teste e do sinal de corrente de defeito simulado atraves de software para a mala de ensaios OMICRON sec o 3 6 1 Posteriormente transmitido um sinal real id ntico ao da corrente de defeito simulada ao rele de prote o o qual ira reagir e transmitir essa rea o mala de ensaios a qual comunica com o software podendo esta informa o ser analisada e avaliado o comportamento do rel de prote o em teste 7 A Figura 3 1 identifica de forma esquem tica o princ pio de funcionamento descrito para os ensaios em Open Loop Simulator simula o em circuito aberto Os testes funcionais ao equipamento
90. ar e LN s necessarios Ponto de partida para gerar o ficheiro SCD Contem todos os ICD s dos IED s da SE uma seccao com Description SCD Substation Configuration i Netos no a configura o completa da SE incluindo a rede de Description k comunica o e informa o sobre o fluxo de dados Descreve em XML as fun es parametrizadas de um IED CID Configured IED Description i especifico da SE Os pontos que a seguir se apresentam s o exemplos de modelos descritos por esta linguagem SCL e Estrutura do sistema de pot ncia prim rio descreve a forma como os equipamentos est o conectados e quais as fun es que ser o utilizadas e Sistema de comunica es como os IED s ser o conectados nas redes e nas sub redes e quais os pontos de acesso de comunica o e O n vel de aplica o das comunica es como os dados ser o agrupados para serem enviados como os IED s disparam o envio dos dados e quais os servi os escolhidos e A configura o de cada LD os LN s com as suas classes e tipos pertencentes a cada LD e As defini es de tipo para cada inst ncia de LN e O relacionamento entre cada inst ncia de LN com o IED hospedeiro A Figura 4 12 descreve o m todo b sico de intera o entre os diferentes ficheiros SCL e as ferramentas de engenharia de configura o do sistema e dos IED s de cada fabricante tal como descrito acima 72 73 Ferramenta de Configura o de IED s Fich
91. aracter sticas do SAS 34 Para tal deve possuir entre outras as seguintes fun es e Simula o de sinais anal gicos de corrente e tens o aos IED s testados permitindo simular sinais de defeito em regime permanente ou transit rio e Simula o de Valores Amostrados SV do ingl s Sample Values na rede de acordo com a Norma IEC 61850 Parte 9 2 e Simula o dos sinais digitais que representam as mudan as do estado do disjuntor e os sinais de controlo remoto tais como saidas tradicionais para os IED s e Simula o de mensagens GSSE GOOSE a fim de verificar a opera o de outros IED s conectados rede LAN da SE e An lise de mensagens GSSE GOOSE que monitorizam e registam o tempo das mensagens recebidas provenientes dos IED s em teste a fim de avaliar o desempenho resposta dos rel s e Simula o da rede com ferramentas de configura o que permitam ao utilizador configurar o equipamento de teste para os requisitos dos IED s testados e enviar mensagens GSSE GOOSE simuladas para m ltiplos IED s inclu dos no sistema de prote o operando com comunica es de alta velocidade ponto a ponto distribuidas e Simula o do processo com ferramenta de teste que permita a configura o flexivel das sequ ncias de teste solicitadas e simula es que utilizam as fun es acima com inser o das correntes e tens es correspondentes a estados de pre falta falta e p s falta em regime permanente ou transit rio e
92. area afetada e Redund ncia na atua o permitindo colmatar o deficiente funcionamento de qualquer componente do sistema de prote es e Coexist ncia com os restantes funcionalismos do SPCC 2 5 Fun es de Automatismo 2 As fun es de automatismo foram aplicadas aos Sistemas de Energia El trica com o objetivo de reduzir os tempos de interrup o de servi o ap s um incidente na rede e para 28 realizar fun es simples repetitivas que eram realizadas manualmente pelos operadores As fun es atuam de uma forma distribuida nas v rias unidades de painel Por princ pio qualquer automatismo pressup e a capacidade de controlar um processo tomando decis es segundo uma programa o pr via e sem interven o humana As fun es de automatismo s o desencadeadas pelas sinaliza es que resultam das fun es de prote o No Anexo A apresentado um resumo das fun es de automatismo e no Anexo B s o apresentadas as fun es de prote o associadas as de automatismo Poder o estar ainda associadas a alguns paineis fun es de prote o complementares tais como as apresentadas de seguida teis para a obten o de informa es mais detalhadas para uma melhor compreens o dos eventos ocorridos na SE 11 e Registo Cronol gico de Acontecimentos permite a reconstitui o da historia das sequ ncias de ocorr ncias nas SE de distribui o e Osciloperturbografia permite registar as formas de onda de todas
93. as ligadas a um barramento ap s um deslastre de cargas reduzindo assim sobreintensidades de liga o Evitar afundamento geral da rede em caso de diminui o da frequ ncia abaixo de valores pr fixados Manter a tens o de um barramento dentro de valores pr fixados Compensar o excesso ou defeito de energia reativa existente na rede melhorando o fator de pot ncia Anexo B Resumo das fun es de Prote o e Automatismo Painel Linha AT Barras AT TPAT Chegada MT TP AT MT TSA RN Fun es de Fun o de Prote o 11 Automatismo ID Prote o de Dist ncia PD Dete o de liga o sobre defeito Dete o de condutor partido M ximo Intensidade de Fase MIF M ximo Intensidade Homopolar Direcional MIHD MIH de Terras Resistentes PTR 2e4 Diferencial de linha ou cabo facultativo Power Swing Detection oscila es de pot ncia Weak End Infeed a es intempestivas da corrente Teleprote o Verifica o de sincronismo Minimo de Tens o mU Diferencial 4 Verifica o de sincronismo Diferencial MIF 4e6 Prote es Pr prias Bulcholz temperatura etc MIF mU 2 3e4 Maxima Tensao MU Minimo de frequ ncia mf MIF 1e3 BC Linha MT a rea mista MIH de Barras MT MIH PHB PTR M xima tens o homopolar de terras resistentes Prote es Pr prias Desequilibrio de neutro por escal o MIF MIH MU MIF MIH Direcional ou n o PTR em REE n
94. as grandezas anal gicas e as transi es de todos os sinais digitais sempre que uma das condi es de arranque seja ativada e Monitoriza o do disjuntor informa o da energia cumulativa cortada pelo disjuntor do painel assim como o n mero de manobras de abertura e fecho do disjuntor Estes dados s o essenciais para efeitos de manuten o no componente e Localizador de defeitos til na ajuda da identifica o do local onde ocorreu o defeito 2 6 Coment rios Finais A evolu o dos Sistemas de Prote o foi um dos principais fatores impulsionadores para a grande mudan a de paradigma relativamente aos Sistemas El tricos de Energia Atuais A integra o das fun es de Comando e Controlo s fun es de Prote o e a utiliza o de diferentes fun es num nico componente deram origem aos IED s que s o a base dos SPCC s utilizados nas SE s de hoje surgindo deste modo o conceito dos SAS Os SPCC s garantem o bom funcionamento de uma SE permitindo um fornecimento de energia com maior qualidade e continuidade de servi o e ainda o controlo e monitoriza o das SE s dist ncia dispensando assim a presen a permanente de pessoal Deste modo verificada uma redu o de custos de opera o e manuten o As RLC s tomaram tamb m um papel relevante no bom funcionamento dos SPCC s tornando se um elemento t o relevante como os IED s A integra o de equipamentos de diferentes fabricantes numa mesma RLC
95. cto no comissionamento e nos testes de funcionamento identificar a necessidade de adquirir novos equipamentos de teste melhorar ou alterar a forma o e treino das equipas tecnicas e verificar a possibilidade de testar a interoperabilidade com os recursos atuais na Operadora Rede de Distribui o portuguesa Assim o objetivo principal deste trabalho intitulado de Avalia o do Impacto em Comissionamento e Testes de Funcionamento numa Subesta o com Protocolo CEI 61850 avaliar o impacto que a Norma CEI 61850 acarreta para o comissionamento e testes de funcionamento relativamente ao que atualmente aplicado nas Subesta es de Distribui o da Operadora da Rede de Distribui o portuguesa EDP Distribui o Energia SA no Departamento de Automa o e Telecontrolo do Norte ainda objetivo deste trabalho compreender a Norma CEI 61850 o estudo dos ensaios de conformidade da Norma CEI 61850 a compara o dos atuais ensaios realizados com os ensaios requeridos pela Norma CEI 61850 e a identifica o da necessidade de novos equipamentos de ensaio ou a ado o de novas filosofias para utiliza o dos equipamentos existentes 1 1 Estrutura da disserta o A disserta o est dividida em sete capitulos O primeiro cap tulo introduz o tema em estudo o enquadramento do trabalho e do problema apresentada a motiva o e os principais objetivos a alcan ar com o desenvolvimento deste trabalho No capitulo dois reali
96. de prote o baseiam se em simular situa es de defeito e verificar se o equipamento atua nesta situa o conforme a sua especifica o e segundo as suas parametrizacoes A realiza o dos testes em circuito aberto garante o correto funcionamento do sistema de prote o aquando da sua opera o no sistema el trico 40 No entanto o tempo consumido decorrente da execu o destes testes bastante elevado devido ao exaustivo processo de an lise aos diversos equipamentos e de todas as fun es de prote o automatismos e telecomunica es a testar sendo os resultados posteriormente guardados e acedidos quando necess rio n o havendo assim uma visualiza o constante e em tempo real da rede simulada e do equipamento de prote o em teste S Defini es do Rel em Teste Sinal de Corrente de Defeito Corrente de Defeito Simulada i pc o M Le n Bans gt gt gt Essoqufesssssesse Gi Resposta do Rel Resposta do Rel OMICRON PC G nnnnnnn nn n non nono nono nono nono nn nono nono nono nono nono nono nono nono nono A Figura 3 1 Principio de funcionamento do ensaio em Open Loop Simulator 7 3 5 2 Closed Loop Simulator A simula o em circuito fechado pretende de certo modo colmatar as limita es da utiliza o da simula o em circuito aberto permitindo simular a rede el trica e o sistema de prote o num ambiente controlado e em tempo real capaz de reduzir significativamen
97. do dois sistemas a serem sincronizados Simula o de defeitos a terra transit rios e em regime permanente em redes compensadas ou isoladas Reprodu o e processamento de arquivos COMTRADE PL4 ou CSV Teste de medidores de energia simples e multifuncionais Teste manual ou autom tico de todos tipos de transdutores de medida Ferramenta de automa o que permite que todas as fun es do equipamento sob teste sejam testadas atrav s de um plano de teste Simulador de rede para testes em rel s sob condi es reais Cada entrada bin ria pode ser reconfigurada para ser usada como entrada de medidas anal gicas Visualiza o e an lise de sinais anal gicos e bin rios ou transit rios na rede que foram gravados com gravadores de transit rios Simula o de uma fonte de sinal que gera todos os tipos de fen menos de qualidade de energia Estas particularidades permitem justificar de forma clara a utiliza o especifica de cada um dos m dulos de teste do software na elabora o do modelo de ensaios capaz de certificar e validar o funcionamento do SPCC das SE s da Rede Nacional de Distribui o No ponto 5 8 s o apresentados os m dulos dedicados aos ensaios e verifica es segundo a Norma CEI 61850 para as redes de comunica o locais de uma SE 48 3 6 2 RTDS Real Time Digital Simulator 15 Os primeiros passos dados no desenvolvimento do RTDS deram se por volta de 1980 a cabo de pesquisas realizadas no
98. duto Os t picos clientes desta gama de produtos s o essencialmente engenheiros e t cnicos que trabalham principalmente em comissionamentos ensaios de manuten o e ensaios de campo em empresas de energia el trica e ind stria 16 O equipamento OMICRON respons vel pela inje o de correntes e tens es sinusoidais ajust veis em amplitude fase e frequ ncia que se injetam conforme o esquema de funcionamento da rede a jusante dos bornes seccion veis que comp em o circuito de medidas anal gicas do respetivo painel As correntes e tens es pretendem simular os v rios defeitos da rede que originam a atua o das fun es de prote o sendo controladas por PC 1 Al m da inje o dos sinais anal gicos a mala de ensaios possui um m dulo de entradas e outro de sa das bin rias atrav s dos quais feita a aquisi o e envio de sinaliza es e comandos entre os IED s e os restantes equipamentos pertencentes ao SPCC da SE O equipamento OMICRON possui ainda um conjunto de canais independentes com sinais de baixo n vel dispon veis na parte posterior da mala de teste que podem ser usados para controlar amplificadores externos para aplica es que necessitem de mais canais ou maiores correntes tens es ou potencial 42 4 sa das x 300V ou 1 x 600V 6 sa das x 12 5 A o J 3x25A ou 1x 5A Combina o de tens o e corrente Fornece tens o DC 0 264V 4 sa das bin rias 10 entradas bin rias entradas
99. e o Comando e Controlo SPCC que originaram os chamados Sistemas de Controlo Integrado SCI 2 2 1 Sistema de Controlo Integrado 3 Com o decorrer do tempo os SPCC s t m sofrido um constante desenvolvimento Desde os sistemas primitivos que se baseavam numa filosofia tradicional filosofia centralizada onde os Sistemas de Prote o SP estavam incorporados num hardware dispositivo diferente do hardware dos Sistemas de Comando e Controlo SCC sendo realizados por um nico automato designado por Unidade Remota de Telea o e Automa o URTA Com o aparecimento das prote es microprocessadas uma nova filosofia foi seguida passando os SCC s a estar distribuidos em diferentes dispositivos podendo estes incorporar num mesmo dispositivo os SP s seguindo se assim uma filosofia descentralizada designada por SPCC A filosofia descentralizada deu origem ao atual sistema utilizado pela Operadora da Rede Nacional de Distribui o designado por SCI Os SCI s t m como responsabilidade a supervis o comando e controlo de todos os rg os da SE sendo a sua principal caracter stica a integra o de v rias funcionalidades num nico dispositivo multifuncionalidade tais como e Condi es Espec ficas de Funcionamento CEF e Fun es de prote o e Fun es de automatismo e Entrada e saida de informa o e Registo e tratamento de ocorr ncias e Fun es de manuten o e teleparametriza o 2 3 Sist
100. e Constatou se que para um cen rio de comunica o livre de colis es as mensagens GOOSE apresentam um ganho de 6ms no tempo total de transfer ncia do sinal de bloqueio quando comparadas com as respostas dos esquemas convencionais e Constatou se a substitui o total dos 20 fios de cobre utilizados nas interfaces convencionais entre os rel s e o RTDS por apenas tr s cabos de rede utilizados nas interfaces com mensagens GOOSE significando uma significativa redu o de custos e Na implementa o do esquema de teleprote o com interface GOOSE comprovou se que o levantamento das conex es f sicas n o esclarece as conex es l gicas implementadas nos rel s levando necessidade de documentar as conex es l gicas para entender os enlaces estabelecidos entre os rel s e o RTDS Facto este permitiu concluir que no caso da implementa o da CEI 61850 dentro dos SAS os esfor os nas etapas de constru o e comissionamento podem ser razoavelmente maiores e Para estabelecer a interoperabilidade na parametriza o das mensagens GOOSE necess rio dominar as ferramentas de configura o softwares de cada fabricante dos dispositivos envolvidos constatando se uma dificuldade crescente medida que a quantidade de dispositivos de diferentes fabricantes numa SE aumenta A partir destas conclus es possivel aferir se algumas vantagens e desvantagens da utiliza o do novo padr o de comunica o nas SE nomeadamente aos problemas q
101. e dos fabricantes de prote es come ou a adaptar os seus equipamentos as necessidades impostas pela Norma CEI 61850 O processo de adapta o envolve a cria o de ferramentas de engenharia que paralelamente a configura o dos Dispositivos Eletr nicos inteligentes IED s do ingl s Intelligent Electronic Devices consigam criar e lidar com os diferentes formatos de ficheiros SCL do ingl s Substation Configuration Language ver sec o 4 12 e apoiar as equipas t cnicas nos ensaios e manuten es Este procedimento 106 torna possivel lidar com os seus IED s no ambiente da Norma CEI 61850 ao nivel da ferramenta de configura o de IED s e ao nivel da ferramenta de configura o de sistema Chegada a fase de configura o da SE requerido que estes dois n veis de ferramentas estabele am canais de comunica o entre si ou seja necess rio garantir tamb m a interoperabilidade entre as ferramentas de configura o dos IED s e do sistema As ferramentas de configura o t m de ser dotadas da capacidade de importar tantos ficheiros de configura o de IED s quantos aqueles que se desejem instalar num determinado projeto de uma SE Os ficheiros descritivos dos IED s t m de ser gerados pelas respetivas ferramentas de configura o de IED s Posteriormente o configurador de sistema tem de gerar um ficheiro com a configura o da SE que tem de ser rececionado pelas ferramentas de configura o de IED s de modo
102. eal deste simulador da ordem dos 50us O simulador RTDS permite simular uma s rie de aspetos relativos ao estudo e an lise de redes el tricas simples ou complexas em malha fechada destacando se as seguintes capacidades e Testes ao equipamento de prote o comando e controlo num ambiente fechado seguro preciso minucioso e em tempo real devido simula o totalmente digital permitindo ainda detetar poss veis erros de projeto e An lise ao comportamento da rede de transmiss o e distribui o de energia el trica permitindo o teste a m ltiplos dispositivos de prote o que interagem com uma mesma rede simulada e An lise intera o entre equipamentos AC DC presentes na SE e Simula o de condi es de risco induzidas estrategicamente ao SEE e verifica o do comportamento do equipamento de prote o perante tal situa o e Estudo do impacto da introdu o de novos equipamentos e instala es rede existente bem como possiveis modifica es ou atualiza es antes da sua implementa o pr tica e Capacidade para treinar pessoal sobre o funcionamento dos sistemas e seus componentes sem que seja afetada a normal opera o do sistema e em seguran a 1 Foi um dos criadores de softwares capazes de resolverem transit rios eletromagneticos em sistemas de pot ncia como o PSCAD 48 49 e Permite a opera o de conjuntos de ensaios de forma automatizada economizando tempo A interface do
103. ecifica o Funcional Acedido em 02 2013 59 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Fun o de automatismo comando hor rio de baterias de condensadores DEF C13 556 N 2007 Disponivel em http www edpdistribuicao pt gt profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Especifica o Funcional Acedido em 02 20131 60 R Schimmel e S Gerspach Test procedures for GOOSE performance according to IEC 61850 5 and IEC 61850 10 UCA International Users Group Baden Alemanha 2011 126 Anexo Fun es de Automatismo Fun o de Automatismo Comuta o autom tica de disjuntores BT 53 Religa o r pida e ou lenta de disjuntores 54 Pesquisa de terras resistentes 55 Deslastre por falta de tens o reposi o por regresso de tens o 56 Deslastre por minimo de frequ ncia reposi o por normaliza o de frequ ncia 57 Regula o de tens o 58 Comando hor rio da BC 59 Objetivo Assegurar a alimenta o do barramento de corrente alternada atraves da sele o autom tica do TSA que re na as condi es para o efeito Eliminar defeitos fugitivos e semipermanentes em linhas MT e AT sem interven o do operador Identificar de forma autom tica um defeito terra resistente que n o tenha sido detetado por outra prote o Evitar realimenta o brusca da totalidade das linh
104. ed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Connect Failed Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Error 10060 Figura 6 3 Trace da comunica o do ensaio realizado 112 O facto de a Operadora da Rede n o indicar uma orienta o especifica em termos de solu es da Norma mesmo que os dispositivos sejam concebidos de acordo com os princ pios da Norma as solu es ser o maioritariamente dependentes de cada fabricante Deste modo a Operadora da Rede n o maximiza os benef ci
105. eiro ICD Fabricante 2 Ficheiro ICD E Fabricante 1 D Ficheiro SSD Ferramenta de Configura o d Sistema lt SS Ferramenta de Configura o d IED s Figura 4 12 Ligacoes dos ficheiros SCL entre ferramentas de engenharia 4 13 Control Block s A CEI 61850 define um grande grupo de blocos funcionais ao qual chama Control Block s CB s Englobado neste grande grupo encontram se o SGCB e RCB definidos nos seguintes pontos 4 13 1 Setting Group Control Block SGCB O SGCB implementa uma funcionalidade utilizada nos rel s digitais multifuncionais que consiste na exist ncia de v rios cen rios de parametriza o para uma mesma fun o de prote o 4 13 2 Report Control Block RCB atrav s da parametriza o do RCB que se torna poss vel configurar a Comunica o Vertical sendo que a partir desta funcionalidade que o operador de sistema consegue configurar previamente quais os atributos da SE a que deseja ter acesso sob a forma de um relat rio Contudo existe uma rela o entre os dois n veis de comunica o dado que atraves da Comunica o Vertical que possivel a configura o da Comunica o Horizontal 74 4 14 Barramento de Processo O barramento de processo da SE do ingl s Process Bus definido pela edicao dois da Norma CEI 61850 Parte 9 2 30 outra das grandes implementa es desta Norma O intuito deste barramento est relacionado com a recolha de inf
106. em XML do ingl s eXtensible Markup Language Orientada a Objetos A sua utiliza o permite obter uma uniformiza o dos m todos de configura o da SE e da nomenclatura utilizada atraves de um modelo nico de descri o de dados criando um vocabul rio comum aumentando a seguran a e confiabilidade A SCL permite descrever o esquema unifilar da SE a rede de comunica es as inst ncias dos LN s e a sua associa o aos equipamentos da SE A Norma CEI 61850 explicita a utiliza o de regras de formata o dos arquivos e da cria o de estruturas bem definidas SO assim poss vel garantir com maior fiabilidade a troca de descri es das funcionalidades dos IED s e da descri o do SAS Com isto poss vel executar uma comunica o bidirecional entre as ferramentas de configura o de IED s e as ferramentas de configura o de sistema Esta comunica o garante a interoperabilidade entre varias ferramentas de engenharia de diferentes fabricantes permitindo uma configura o da SE com independ ncia dos IED s e das suas ferramentas especificas A linguagem SCL composta por diversos arquivos que cont m os dados sobre as diversas fun es do SAS As informa es sobre configura o e caracter sticas da rede de comunica o formam o arquivo que representa e descreve todo o sistema como o diagrama unifilar as fun es alocadas ao diagrama e dados que eventualmente ser o suportados por esta descri o ao qual se a
107. em como o ensaio de todo o sistema 3 1 Notas Introdut rias aos Ensaios Atuais Os diversos tipos de ensaios s o efetuados de forma a analisar e avaliar as caracter sticas e comportamentos de um dado equipamento ou sistema el trico nas Subesta es de Energia El trica SE s numa determinada situa o que pretende simular situa es reais As caracteristicas e comportamentos dos equipamentos constituintes das SE s Sistemas de Prote o Comando e Controlo SPCC devem ser confirmados atraves da realiza o de ensaios Os ensaios podem ser realizados em laborat rios acreditados para o efeito e g os laborat rios do KEMA da responsabilidade do fabricante a realiza o dos ensaios necess rios a confirma o da conformidade dos equipamentos segundo o requerido pela Operadora da Rede e por Normas aplic veis e g CEI 61850 Com os mesmos objetivos s o ainda realizados conjuntos de ensaios de comissionamento no local de implementa o dos componentes antes da efetiva entrada em servi o 30 De forma a serem verificados e validados os requisitos dos sistemas em termos de requisitos funcionais impostos pela Operadora da Rede existe um conjunto de documenta o que deve ser utilizada como guia aos ensaios Esta documenta o est apresentada em 12 3 2 Tipos de ensaios do Sistema de Prote o Comando e Controlo 4 Os ensaios aos SPCC s podem ser classificados de acordo com o numero de aplica es em ensai
108. emas abertos que pode ser utilizado no estudo e projeto de redes tendo sido desenvolvido pelo ISO do ingl s International Standards Organization Organiza o Internacional de Normaliza o O modelo OSI promove um ambiente aberto para partilha de informa o e servi os que permite que equipamentos de fabricantes distintos comuniquem utilizando protocolos aceites pelos membros da ISO O Modelo foi construido com base numa arquitetura com v rias camadas especificando as diferentes fun es e servi os de cada uma Os componentes de hardware relacionados com a rede de comunica o s o especificados nas camadas mais baixas O modelo OSI apresenta uma arquitetura com sete camadas como apresentado na Tabela 2 2 14 15 Tabela 2 2 Camadas do Modelo OSI Camada Fun o 7 Aplica o Selecionar o servi o apropriado para a aplica o 6 Apresenta o Assegurar a convers o do c digo e formata o dos dados Coordenar a intera o entre os processos da aplica o 5 Sess o l oe em equipamentos terminais da rede Assegurar a integridade dos dados e qualidade de servico 4 Transporte l o entre equipamentos terminais da rede Assegura o endere amento dos dados para que cheguem 3 Rede l l corretamente ao equipamento de destino na Transfere os dados para outro equipamento da rede 2 Liga o de Dados ee atraves do meio fisico 1 Fisica Respons vel pelo envio dos dados para o meio f sico Descreve se nos
109. emas de Prote o Comando e Controlo 2 Os SPCC s constituem um elemento necess rio para o funcionamento de um Sistema El trico de Energia atual de tal modo que a sua conce o coordena o e atua o perante as perturba es que ocorrem na rede el trica condicionam a qualidade e a estabilidade do sistema el trico A fun o destes sistemas passa por vigiar o funcionamento da rede el trica e de garantir a exist ncia de uma explora o segura com elevados indices de continuidade e qualidade de servi o Um SPCC constituido por diversas unidades equipamentos tal como a Unidade Central UC IED s PCL e RLC as quais permitem a execu o de automatismos a supervis o e o comando da SE local ou remotamente a dist ncia Diferentes aplica es e servi os s o disponibilizados pelos SPCC s tais como os indicados na Tabela 2 1 2 Tabela 2 1 Principais aplica es servi os disponibilizados pelos SPCC s Fun es Descri o Assegura fun es de prote o e automatismos lt Recolha de informa es relativas a todo o SPCC Tele Engenharia J l 5 Altera o de par metros e modos de funcionamento das fun es de prote o e automatismo SCADA Supervis o e comando da SE local ou remotamente Leitura e contabiliza o de valores de energia transitados nos diferentes Telecontagem nos paineis da SE Garante a liga o ponto a ponto digital entre duas ou tr s instala es Teleprote o d
110. ensaio e n o s o detetados resultados inv lidos ii Reprovado Failed quando o dispositivo sob teste n o cumpre pelo menos uma das especifica es dentro do contexto do ensaio e h pelo menos um resultado inv lido 82 83 iii Inconclusivo Inconclusive quando n o poss vel dar nenhum dos 2 veredictos anteriores devendo determinar se se a incerteza tem origem na Norma CEI 61850 na implementa o ou nos procedimentos de testes utilizados Test purpose e g test if association is set up Test result Test reference lt ACSI model gt lt P N p s gt lt number gt correctly References to the IEC 61850 documents Clause and Subclause LI Passed O Failed O inconclusive Ref Part Clause and Subclause of IEC 61850 Expected result DO a Definition of the expected behavior after a step Test reference E f r Test description __ Step by step description of how to perform the test Comment TT Area for comments during testing e g found problems and remarks Figura 5 3 Formato do documento de teste de conformidade 33 recomend vel realizar os testes de conformidade antes da integra o do SAS no local assim poss vel descobrir atempadamente poss veis diferen as de interpreta o e possiveis erros de software bem como a exata funcionalidade da implementa o do protocolo Desta forma o cliente que adquire o SAS evitar comportamentos inesperados na fase
111. ensinamentos e disponibilidade para a concretiza o deste trabalho Obrigado EDP Distribui o Energia SA por esta grande oportunidade A todos v s um muito Obrigado Vil viii Indice RESUMO e is sos cee cca eeu e dE mice tence E E a RO A iii ADSPACE aE EA OTA TA TOOTA AA AOR V Agradecimentos morssi una E E Oa vii ndice oieta T OR ix S Ka a e E E A A A E nao EE ews bac sais xiii Lista de tab laS essas DD A GG E O E E A xvii Abreviaturas asas aos san E A A AAA A xix COD ICO Massas cs aid a beacon E E a a a a 1 INLLOdU O ses sia bias risoto ali LEE E SA DES TA E GR Rd E ace A GD e eet aces 1 1T Estrutura da disserta o ssssasadadas sadios saias ao Aa ada DAS 2 1 2 Dissemina o de Resultados cscs siccaui dca ssa aos dl LES Ud SUS 3 Cap ICING Z oeir NPR RD A SR RP TRARIA RI ER DSR PR RD OE EEN APDO 5 Subesta o Tipo Alta M dia TENSa0 ccccsccecccceecscceeeceeecnseeeeeeeeensseeeeeeeeesseeeeeeeeeeaes 5 2 1 Notas Introdutorias a Subesta o Tipo Alta M dia Tensa0 ccccessccecceeeessceeees 5 2 2 Sistemas de Automa o de Subesta es essssssesecesesesesesesesesesesescscesecesesese 6 2 3 Sistemas de Prote o Comando e Controlo 2 sssesesesesesesesesesesesesssssseseseses 8 2 4 Fun es de Prote o 2 cv cvscuus ceveccenceteceuvecestesvataatebecer eee neetaucelweeweeeteetaxesee ts 2 2 0 FUN ES GE AULOMALISING 2 A squsiae radar ais Rs dead ass atua aaa AEO 2 2 6 Com
112. ent rios Finals 2 ud ie suede es ect ade ct cana data a aston 28 Capitulo 3 veces asseio ds orla sda para a E wee news er enue eens 29 Ensaios Atuais e Equipamentos de Teste ccccescccnccccesccenscceneccceescceessceseccesesceeees 29 3 1 Notas Introdut rias aos Ensaios Atuais cccccesccecceeeenscceeceeeecssceeeeeecesseeeees 29 3 2 Tipos de ensaios do Sistema de Prote o Comando e Controlo 4 30 3 3 Grupos de Ensaios do Sistema de Prote o Comando e Controlo 31 3 4 Ensaios atuais na Operadora da Rede de Distribui o de Energia El trica 37 3 5 Testes aos Reles de PrOLec oO asia ia a isa a e a UR asia 39 3 6 Equipamentos de ENSAIO anne EE O O Aang 41 3 7 GOMENLANIOS FINAIS EE E tices aaa aa es ene 53 Capitulo A sussa EEE E eels wale ONS awe ROSES Tee RO ea wat eae DR rala 55 A Norma CEI 61850 Redes de Comunica o e Sistemas em SubestacoeS ceeeeecceeeeeees 55 4 1 Notas introdutorias a Norma CEI 61850 cccccc cee ssceeeceeeeesseeeeeeeeesseeeeeeeees 55 4 2 Motiva o para o Desenvolvimento da CEI 61850 cece eee cece cece cneeeceeeneeees 56 4 3 Requisitos Fundamentais para o Desenvolvimento da CEI 61850 57 4 4 Norma CEI 61850 Objetivos e Vantagens cece cece cece eeeeceeeecceeeeceeeeceenseeeees 5 7 45 Estrutura da Norma CEI 61850 ease A TEA 59 4 6 Modelo de Dados 23 carriere r
113. entes de 25 A cada 3 Sa das de Corrente x 25A 6 Saidas de Corrente x 12 5A Figura 3 4 Exemplo de combina o das saidas de corrente 17 42 43 iii Entradas Bin rias Est ainda dispon vel um m dulo com um conjunto de dez entradas bin rias que podem ser configuradas individualmente espec ficas para cada painel por software conforme as necessidades do sistema A configura o das entradas bin rias pode ser efetuada atraves do m dulo de configura o de hardware e permite especificar o tipo de contacto a utilizar se simples ou polarizado O m dulo de entradas bin rias que vai permitir a aquisi o de sinais do sistema sinais estes que s o submetidos a crit rios de valida o por parte do software que transmite ao operador a operacionalidade do sistema em teste Configura o de hardware Geral Saidas anal gicas Entradas bin rias anal gicas Saidas bin rias Entradas a findo o SSS SS E Livre de potencial O Faixa nominal O Rela o do clamp de corrente O Limiar Etiqueta Terminal de conex o Disp Disjuntor ps Arr MSQT x Disp MIF x Disp MIH __ Disp PTR REE On OF MIO Religa o __ Disj Fechado __ Disp CHMT Dis BMT Ent bin 11 Entrbin 12 Figura 3 5 Configuracao das entradas binarias 17 iv Porta paralela para conexao A mala de ensaios possui uma porta paralela de impressora que permite a sua cone
114. entos dos fabricantes confirmando que a implementa o das funcionalidades nos dispositivos corresponde as estabelecidas na Norma CEI 61850 emitindo um certificado de conformidade dos dispositivos Ver Anexo D 9 4 Testes Funcionais Os testes funcionais t m como objetivo determinar se o elemento testado apresenta o comportamento esperado sob diferentes condi es de ensaio reais Com eles pretende se comprovar que as necessidades requeridas pelo usu rio dos equipamentos neste caso da 84 85 Operadora da Rede de Distribuicao estao satisfeitas Os testes funcionais sao necessarios uma vez que a conformidade com a Norma CEI 61850 nao implica em conformidade com as necessidades funcionais do usuario As funcionalidades requeridas pela Operadora da Rede de Distribui o referidas em 14 e na sec o 3 3 2 s o verificadas atualmente nos ensaios SAT no Comissionamento as quais continuar o a ser ai verificadas Para a realiza o dos testes funcionais necess rio dispor de um conjunto de teste adequado Este deve ser capaz de simular condi es correspondentes aos dados t cnicos de opera o do sistema sob teste id ntico ao apresentado nos ensaios de conformidade Figura 5 4 36 As ferramentas computacionais de teste ou softwares certificadas previamente na emiss o de mensagens que sejam conformes com a Norma CEI 61850 devem incluir as seguintes caracter sticas 36 e Implanta o de todos os servi os e protocol
115. equisito comum para qualquer equipamento ou sistema sendo ainda mais nos SPCC s de uma SE pelo facto de estes serem constituidos por equipamentos que durante longos periodos de tempo se encontram inativos devendo no entanto estar sempre aptos a funcionar corretamente como e quando necessario Isto conduz nos a uma das mais dificeis caracteristicas dos SPCC s o qual devem possuir sensibilidade adequada para que nao atuem em caso de defeitos externos e que atuem satisfatoriamente e em tempos adequados aquando de um defeito a si ligado a sua area de prote o por exemplo Este o principal motivo pelo qual se deve manter presente a necessidade de manuten o peri dica A manuten o peri dica efetuada de forma planeada sendo realizados ensaios especificos e bem definidos levando por isso necessidade da elabora o de um programa de manuten o onde a sua frequ ncia vai essencialmente depender do hist rico de cada equipamento nomeadamente de poss veis falhas que ocorram periodicamente em equipamentos semelhantes podendo o tempo entre manuten o variar de equipamento para equipamento Contudo testes em n mero elevado ao mesmo equipamento devem ser evitados de forma a n o provocar avarias nos equipamentos podendo colocar em risco a qualidade e continuidade de servi o prestado As classes de equipamentos que devem ser incluidos na manuten o s o 13 e Rel s de prote o e de controlo auxiliares e Sistemas de
116. er de dois tipos servi os peri dicos e aperi dicos tais como 16 e servi os de leitura e escrita local a camada de aplica o fornece aos utilizadores servi os locais de leitura e escrita de vari veis Estes servi os utilizam servi os da camada de liga o para colocar valores nos buffers ou remover valores dos buffers Estes servi os n o geram tr fego no bus e servi os de leitura e escrita remota a camada de aplica o ser a respons vel pela implementa o dos servi os de leitura e escrita remotos para vari veis identificadas e indica es da transmiss o e rece o da vari vel o utilizador dever ser informado da transmiss o e da rece o de uma vari vel identificada Ele poder ent o usar esta informa o por exemplo para se sincronizar a si pr prio com uma parte da informa o da rede Quando a camada de aplica o receber uma indica o de transmiss o ou rece o para uma vari vel produzida ou consumida dever avan ar com esta indica o para o utilizador e informa o atualizada da informa o consumida e informa o da consist ncia dos dados no espa o e no tempo Dever ser garantida uma consist ncia dos dados quer no espa o quer no tempo Dever o ser criados mecanismos que forne am ao utilizador o estado da informa o que ele consome De igual modo o utilizador dever conhecer o estado correto da informa o em todas as entidades de comunica o que a utilizam e servi o
117. ertinentes relativamente ao tratamento de arquivos em linguagem SCL e configura o de mensagens GOOSE Os pontos a seguir mostram algumas dessas diverg ncias 51 Alguns fabricantes n o disponibilizam arquivos de configura o SCL nos formatos ICD ou CID dos dispositivos de prote o o que dificulta para outros a importa o da configura o dos Goose Control Blocks e Datasets pertinentes Mesmo munido de arquivos ICD CID ou SCD de um determinado dispositivo n o possivel importar em linguagem SCL a sua configura o seja pela falta da declara o de classes dos objetos nome da SE seja pelo excessivo rigor com que estes arquivos s o analisados pelo software que os importa Alguns modelos de IED so podem receber um tipo espec fico de data attribute dentro dos datasets publicados pelos GOOSE Estes na sua maioria devem ser do tipo Boolean 0 ou 1 para que possam ser interpretadas Outros al m desta limita o necessitam que os atributos especificos de qualidade acompanhem o data attribute do qual deve interagir 116 Outros declararam possuir os datasets containers de informa es export veis via GOOSE ou report MMS com estrutura diferente ao que realmente est configurado no IED Neste caso o erro est provavelmente no aplicativo que transforma uma aplica o de software propriet rio em arquivo SCL Se isso n o for corrigido manualmente a comunica o n o acontecer Ve
118. es Al m disto ainda poss vel o controlo dos disjuntores e outros equipamentos da SE 1 Interface Traseira Na parte traseira do mesmo IED apresentada na Figura 2 9 visivel um conjunto de entradas e saidas agrupadas por cartas divididas em entradas anal gicas e entradas e saidas bin rias ou digitais A carta correspondente as entradas anal gicas tem como finalidade receber os valores medidos pelos TT s e TC s e converter esses dados de forma a adequa los ao processamento interno do dispositivo Estas entradas servem tamb m para inje es de correntes e tens es para ensaios destes dispositivos O conjunto de cartas correspondente as entradas e sa das bin rias permitem por um lado atrav s das entradas obter os estados 24 25 atuais da aparelhagem da SE e qualquer altera o no sistema e por outro atraves das saidas atuar sobre alguns equipamentos e enviar sinaliza es remotas de eventos importantes Apagado TPU sem Alimenta o Sin tico do painel A piscar TPU Ligada Alarmes Sinaliza es Se aceso alarme ainda n o reconhecido ou Sinaliza o presente sionar A ara desligar Fessionar para Pressionar para selecionar lt Selecionar Modo a Local Dist ncia Modo Manual Autom tico Porta s rie Winprot Figura 2 8 Descri o do painel frontal de um IED 9 alarmes que est o presentes Carta de Comunica es Ethernet Carta Base 9 E
119. es de uma interface gr fica Envolve a cria o dos elementos da SE e suas interconex es atrav s de nos de conectividade 2 Escolha da funcionalidade requerida para cada elemento da SE atraves da sele o do LN mais adequado 3 Configura o ou importa o de arquivos de configura o de IED s e associa o dos IED s aos LN s dos elementos da SE O arquivo SCD da SE o ponto de partida para o funcionamento da ferramenta de Gera o Autom tica de Base de Dados e Sin ticos no sentido de que a informa o de topologia presente no mesmo prov os dados que juntamente com o conjunto de regras est ticas da Operadora da Rede possibilitam a cria o dos sin ticos da SE pelo aplicativo Gerador de Sin ticos 6 3 Diferentes Vis es da Norma CEI 61850 A CEI 61850 a Norma de comunica o de SE s muito discutida em todo mundo 49 No entanto ainda pouco implementada como padr o internacional para a automa o de SE s Apesar da CEI 61850 se ter tornado sin nimo de moderno r pido tecnol gico o numero 110 de implementa es surpreendentemente baixo comparado com o numero total de SE s 49 Isto deve se por um lado a diferentes interpreta es da Norma CEI 61850 mas por outro a poss vel falta de confian a das empresas cliente na aplica o da CEI 61850 a quest es econ micas nomeadamente em novos empreendimentos ou na renova o dos Sistemas Cl ssicos entre outros
120. escrito o novo paradigma de comunica o local nas Subesta es de Energia El trica o qual se rege pela utiliza o da Norma Internacional CEI 61850 Redes de Comunica o e Sistemas em Subesta es apresentada uma breve introdu o acerca das motiva es da cria o desta Norma as principais caracter sticas vantagens e principalmente a modela o dos equipamentos da Subesta o e como s o estes vistos pelos outros perante a Rede Local de Comunica o Por ser t o extensa a abordagem realizada focada na Rede Local de Comunica es das Subesta es ao nivel do comando e controlo do sistema No capitulo cinco s o apresentados os diferentes tipos de ensaios a serem realizados com o objetivo de verificar que uma determinada solu o responde realmente aos requisitos impostos pela Norma CEI 61850 e que o Sistema funciona como o previsto pela mesma O intuito deste cap tulo demonstrar as diferen as relativamente aos ensaios atualmente realizados pela Operadora da Rede de Distribui o mostrando assim o impacto em termos de comissionamento e testes de funcionamento introduzido pela Norma CEI 61850 Por fim ainda realizado um levantamento dos equipamentos necess rios para os ensaios segundo a Norma CEI 61850 em contraste com os equipamentos identificados para os atuais ensaios realizados pela Operadora da Rede de Distribui o de Energia El trica em Portugal No cap tulo seis realizada uma abordagem critica acerca
121. essencialmente por e Controlo e separa o do tr fego de informa o e Melhoria da qualidade de servi o e Elevada disponibilidade downtime reduzido prote o das liga es criticas e Escalonamento em termos da largura de banda e do numero de redes virtuais VLAN s do ingl s Virtual Local Area Networks e Aumento de seguran a apresentada na Figura 2 3 a arquitetura de alto n vel dos tr s n veis da SE e a sua interliga o UC PCL q N vel 2 Unidade Central e Centro de Comando Rede de Barramento Comunica o da Esta o de Dados N vel 1 Unidade de Painel Liga es Barramento El tricas de Processo fio a fio N vel O E 9 2 i D Equipamentos ET ET Es Tt Es Tt Es Im da Subesta o Q E Co lt gt cop TT TT TT TT Ti Figura 2 3 Arquitetura e organiza o funcional de alto nivel do SPCC 10 11 O esquema poder ser entendido da seguinte forma os Transformadores de Tens o TT s e de Corrente TC s que se encontram no Nivel 0 transmitem os sinais de tens o e corrente respetivamente aos IED s localizados no Nivel 1 Os IED s fazem a aquisi o dos dados e caso os valores estejam fora da gama de valores aceit veis d o ordem aos rg os de corte da SE disjuntores D do Nivel 0 para atuarem De seguida a informa o presente nos IED s sera transmitida pela RLC para os dispositivos do N vel 2 nomeadamente para a UC e para o PCL localizados na SE para
122. este verificam se as fun es de supervis o e controlo Qualquer que seja o teste a realizar deve come ar se pela montagem e configura o dos equipamentos da rede incluindo os switches routers gateways e demais equipamentos associados conforme mostrado no exemplo da Figura 5 6 Deve configurar se as bases de dados da IHM e demais equipamentos no nivel esta o e iniciar os testes de comunica o 36 Diante da grande complexidade representada por um SAS com fun es distribuidas sugere se come ar pelas situa es mais simples e ir aumentando pouco a pouco o grau de complexidade Como exemplo pode simular se um defeito que envolva dois ou mais IED s de prote o ou controlo e analisar as mensagens trocadas por estes IED s incluindo as mensagens verticais para a IHM status alarmes e comandos e as mensagens horizontais GOOSE ou GSSE Cada uma das fun es distribuidas deve ser testada simulando se as diversas situa es que possam ocorrer 88 89 Ferramenta de Ferramenta de IHM Captura Mapeamento Mapeamento Armazenamento Simulador de 77 Analisador de 7 Visualiza o dos SD Mensagens GOOSE Mensagens GOOSE dados de teste IEC61850 SEER 1IEC61850 Eau ave SAW Dispositivo TT RedeEthemetGerenciada LANT f de Teste Universal UTD DUT 1 DUT 2 DUT 3 DUT 4 vImuia o ite Comandos SLC Link Ethernet LAN Rede Ethernet Gerenciada LAN 2 Ferramen
123. esting and maintenance of protection systems Chapter 14 em Protection of Electricity Distribution Networks 2nd Edition London United Kingdom The Institution of Electrical Engineers 2004 pp 283 295 14 EDP Distribui o Energia SA Subesta es de Distribui o AT MT Sistemas de Prote o Comando e Controlo Num rico SPCC Protocolo de Ensaios Funcionais ATOM 2009 15 RTDS Technologies Inc RTDS Technologies The World Standard for Real Time Digital Power System Simulation 2012 Dispon vel em http www rtds com Acedido em 03 2013 16 OMICRON Test Universe Teste Prim rio Linha CP Cat logo Vers o 3 1 2 2002 Disponivel em http www omicron at gt Support gt Literature amp Videos gt Literature Acedido em 03 2013 17 OMICRON CMC 256plus The High Precision Relay Test Set and Universal Calibrator 2013 Dispon vel em http www omicron at gt Support gt Literature amp Videos gt Literature Acedido em 03 2013 18 OMICRON Solu es em testes para Sistemas de Prote o e Medi o Catalogo de Produtos 2010 Disponivel em http www omicron at gt Support gt Literature amp Videos gt Portuguese gt Linha CM Cat logo Acedido em 03 2013 122 123 19 A Cascaes R Abboud e R Pellizzoni Sistemas de Prote o e Automa o de Subesta es de Distribui o e Industriais usando a Norma IEC 61850 em XIII Encont
124. formity trials in the energy systems the impact in the technical teams and trial equipment relatively to what is done by the portuguese Distribution Network s Operator The dissertation presents the trials done by the Distribution Network s Operator and the indispensable trial equipment needed to accomplish these trials Afterwards it is identified the verification trials for the standard IEC 61850 being identified the differences between the current trials and the new philosophies and trial methods To compare with the presented equipment used in these trials it is identified the equipment dedicated to verify the conformance with the CEI 61850 standard and the necessity to acquire this equipment or to adopt new ways to use the existing equipment The dissertation features a study of the most important topics of the standard CEI 61850 It is also presented a description of a Regular Substation s Control Command and Protection System Finally it is discussed the current state of the IEC 61850 in the portuguese Distribution Substations where it is identified some of the existing barriers to the complete implementation of the standard It is proposed some of the tasks to be realized to surpass these barriers and take advantage of all the benefits designed by the CEI 61850 standard Keywords Commissioning and Testing Operation IEC 61850 Standard LAN Communications Protection Systems Command and Control yi Agradecimentos Come o por
125. funcionamento est fortemente dependente das comunica es A necessidade de aceder remotamente SE exige a implementa o de fun es de seguran a como encripta o confidencialidade e autentifica o devendo qualquer acesso a rede ser rigorosamente controlado A rea da seguran a de redes de comunica o continua a ser uma rea de estudo e desenvolvimento existindo v rios requisitos de seguran a que s o necess rios cumprir numa rede de comunica o tais como e Confidencialidade diz respeito preven o de acessos n o autorizados aos dados e Integridade est relacionada com a preven o contra roubo ou modifica o n o autorizada dos dados e Disponibilidade refere se preven o contra a n o rejei o do servi o e garantia de acesso autorizado aos dados e N o repudia o relativa a preven o contra a nega o de uma a o que ja foi tomada ou reivindica o de uma a o que n o ocorreu De forma a garantir a seguran a da rede interligando a RLC com a rede de acesso remoto implementado um Firewall As suas principais fun es s o controlar o tr fego de informa o na rede de comunica o e bloquear a tentativa de intrus o a poss veis entidades mal intencionadas 14 Flexibilidade e Disponibilidade A RLC deve estar preparada para eventuais altera es na sua configura o devendo garantir tamb m que a avaria de um componente n o p e em causa o bom funcionamento do
126. ga o para teleservi os ao centro de controlo remoto O SPCC deve assegurar continuamente que todos os dados provenientes da intera o com a SE e por si gerados possam ser disponibilizados para o nivel superior Centro de Condu o CC de modo a permitir que o comando e controlo da SE possam ser efetuados a distancia 10 Mais uma vez no que diz respeito arquitetura e organiza o funcional do SPCC apenas os n veis 1 e 2 pertencem aos m dulos do SPCC n o fazendo parte deste o nivel 0 2 3 2 Interliga o entre os diferentes niveis 2 A interliga o entre os dois n veis mais baixos os n veis O e 1 realizada por liga es el tricas fio a fio Estas liga es permitem a transmiss o das medi es realizadas pelos equipamentos de medida para posterior an lise pelos IED s os quais transmitem ordens para os equipamentos de atua o como disjuntores 4 A infraestrutura f sica da rede que assegura a comunica o entre as unidades de painel IED s e entre estas e a unidade central barramento da esta o n veis 1 e 2 RCL tamb m designadas de LAN do ingl s Local Area Network deve ser do tipo fast ethernet suportada em fibra tica garantindo uma velocidade de transmiss o adequada realiza o das diferentes fun es inerentes ao SPCC As RLC s o amplamente utilizadas nas SE s do tipo SCI baseadas no envio de pacotes 4 5 Os requisitos de uma RLC de suporte aos SPCC s passam
127. herited from Data Class see IEC 61850 7 2 m Status Information PataAttribute contro and status ctival BOOLEAN co off FALSE on TRUE ACCOM operTm Timestamp accoo origin Originator eos o cooo ctiNum JINTBU o eost Jozs o O O AaCcoo stvali CODED ENUM_ __ ST dchg intermediate state off on bad state M a Quay ST fah TM y o t o Timestamp S ST stSed BOOLEAN sT dcg coo substitution subEna BOOLEAN sv ooo S PSST CODED ENUM sv intermediate state off on bad state PICS_SUBST subQ Quality o owy o o f Pros suBsT jsubID VISIBLE sTRING64 sv Pres suBST configuration description and extension pulseConfig Puseconig ciModel cumodes SCS sboTimeout int32 Sbocases s VISIBLE STRINGS oc re o ex AC_CO_O po ACO AC_CO_O du cdcNs cdcName dataNs Services As defined in Table 31 DO ALND DO ALND AC DINM Dado Posi o do disjuntor disjuntor Figura 4 5 Estrutura hier rquica do LN XCBR imagem virtual do disjuntor 26 64 4 7 2 No L gico Zero O No L gico Zero LLNO do ingl s Logical Node Zero representa os dados comuns do LD atrav s do LLNO que s o estabelecidos todos os servi os previstos pela Norma CEI 61850 Nestes servi os incluem se funcionalidades como a comunica o
128. ibliotecas de componentes do sistema de pot ncia comando e controlo A esquerda tela de desenho do esquem tico a simular 15 ccccceeeeecccccceeeeccceeeeeccceccseeeeeeeeees 51 Figura 3 13 Ambiente gr fico do m dulo RunTime em tempo real 15 52 Figura 4 1 Modelo de dados do IED segundo a Norma CEI 61850 24 61 Fisura 4 2 Intera o dos Nos L gicos 21 scinvawebsionncesseonadienhvonses saneeceeswonerss Rios had 61 Figura 4 3 Troca de dados entre LN S 26 cecccceeccceescccneccceesccesscceseccceesceeees 62 Figura 4 4 Exemplo das tabelas de LN s e de CDC 25 e 27 cece ccc ce ence ee ee eeeees 63 Figura 4 5 Estrutura hier rquica do LN XCBR imagem virtual do disjuntor 26 63 Figura 4 6 Exemplo de rvore hier rquica implementada num IED 26 64 Figura 4 7 Exemplo de Organiza o Funcional 26 ccc cee eee ccceeeecceeeeecceeeseeeeees 65 Figura 4 8 M todos e comunica o ACSI 26 c eeeeee ccc eeescceecceeeensceeeeeeeeenseeeees 65 Figura 4 9 Modelo de comunica o peer to peer para mensagens GOOSE 26 66 Figura 4 10 Mapeamento das mensagens GOOSE 29 ccc cee ecccecccceeccceececeeesceeees 70 Figura 4 11 Transmiss o multicast de uma mensagem GOOSE 28 70 Figura 4 12 Liga es dos ficheiros SCL e
129. ication os quais cont m o conte do e os requisitos de comunica o atributos 21 Os componentes de um PICOM s o e Os Dados em termos do conte do de informa o e a sua identifica o como requerida para fun es sem ntica e O Tipo descreve a estrutura dos dados isto se um valor anal gico ou bin rio se um valor singular ou um conjunto de dados entre outros e A Performance ou desempenho no sentido do tempo de transmiss o permitido definido por classe de performance a integridade dos dados e o m todo ou causa da transmiss o por exemplo peri dico causado por um evento ou pedido e Conex o L gica contendo a fonte l gica LN emissor e o escoamento l gico LN de destino ou recetor EGOR nO On RO PICOM 4 picom 7 Figura 4 3 Troca de dados entre LN s 26 4 7 1 Sem ntica dos Nos L gicos Cada LN cont m um ou mais elementos de Dados os quais possuem um nome nico Os nomes dos elementos de Dados s o definidos pela CEI 61850 Parte 7 4 e est o relacionados com o prop sito funcional no sistema de pot ncia 25 Por exemplo um disjuntor modelado por um LN XCBR que contem uma variedade de Dados entre os quais Pos ver Figura 4 4 para indica es associadas posi o do equipamento 25 Os Dados que comp em um LN s o agrupados em categorias e classificados por Classes de Dados Comuns CDC que definem os tipos de Atributos
130. ice sob diferentes condi es de aplica o diferentes par metros e configura es tamb m a prova da correta coopera o com outros IED s da familia de produtos de um SAS incluindo todas as ferramentas por exemplo para parametriza o 32 Os testes de sistema passam pela verifica o de v rios pontos 32 tais como i fun o de cada IED com v rias parametriza es ii compatibilidade com outros IED s utilizando varias configura es e parametriza es iii desempenho do IED individualmente e integrado no sistema O t rmino bem sucedido dos testes de sistema um pr requisito para iniciar os ensaios Tipo seguindo a ordem da Figura 5 1 ii Ensaios Tipo Os ensaios Tipo s o realizados a fim de demonstrarem as caracter sticas satisfat rias tendo em conta as aplica es previstas Apesar de serem especificados pela Norma CEI 61850 32 este tipo de ensaio j aplicado nos sistemas atuais em que os ensaios a efetuar nesta fase foram j referidos anteriormente na sec o 3 2 1 iii Ensaios S rie ou de Rotina De igual forma aos ensaios Tipo os ensaios S rie ou de Rotina foram j mencionados na sec o 3 2 2 solicitando a Norma CEI 61850 a continua o da sua realiza o 80 iv Testes de Conformidade O objetivo dos testes de conformidade passa por assegurar que um determinado IED obedece aos requisitos de comunica o definidos por normas neste caso a Norma CEI 61850 Os testes de
131. ico de IED s ou dispositivos Subscritores conforme a Figura 4 11 IED 1 Mensagem GOOSE enviada IED 4 IED 2 IED 3 Figura 4 11 Transmiss o multicast de uma mensagem GOOSE 28 e Transmiss o r pida e confi vel devendo ser garantida a caracteristica de retransmiss o da mensagem em curtos intervalos de tempo da ordem de poucos milissegundos 70 71 e Para melhorar a seguran a e o desempenho dos esquemas de prote o as mensagens GOOSE utilizam o protocolo VLAN do ingl s Virtual Local Area Network sobre redes ethernet Este protocolo permite a inser o de um identificador tag de 4 bytes dentro do quadro ethernet que permite aos dispositivos da rede identificar a VLAN da qual o quadro pertence Desta forma poss vel criar grupos l gicos ou redes virtuais entre IED s que se encontram conectados fisicamente numa mesma rede LAN 4 12 Linguagem de Configura o de Subesta es A Norma CEI 61850 Parte 6 23 define a utiliza o da Linguagem de Configura o de Subesta es universal a SCL do ingl s Substation Configuration Language A SCL visa fundamentalmente padronizar as informa es relativas aos diferentes IED s uma das grandes mais valias introduzidas por este padr o de comunica o e um grande avan o para que se concretize a interoperabilidade tanto a n vel de componentes como de ferramentas de configura o A SCL uma linguagem de alto n vel baseada na programa o
132. igura 2 10 Unidades Centrais da ABB 12 ccsccccccccccesccecscccecccesccesesceseccees 26 Figura 2 11 Posto de Comando Local 10 ccc cece cece cece eee ceeeeceeeeceeeeceeececeeeecees 2 Figura 3 1 Principio de funcionamento do ensaio em Open Loop Simulator 7 40 Figura 3 2 Principio de funcionamento do ensaio Closed Loop Simulator 15 41 Figura 3 3 Descri o do painel frontal da mala de ensaios OMICRON CMC 256 6 17 42 Figura 3 4 Exemplo de combina o das saidas de corrente 17 cccccceessccecceeeeeees 42 Figura 3 5 Configura o das entradas bin rias 17 ccccccccecscceccceeecsceeeeeeeeeaes 43 Figura 3 6 Porta paralela 17 orninn a Ca Sa aaa net aa Casa metas 43 Figura 3 7 Interface principal do software Test Universe da OMICRON 18 44 Figura 3 8 Ambiente gr fico do m dulo QuickCMC 18 ccccceessccecceeeecscceeeeececaes 45 Figura 3 9 Painel de entradas saidas digitais de baixa tens o esquerda e painel de saidas digitais de alta tens o 250 Vcc direita 15 ccc cece cece cece eeeeeeeeees 49 xiii Figura 3 10 Vista geral de Hardware do RTDS 15 cccccccesccccceeescccesesccsesseeeeees 50 Figura 3 11 Interface principal do software RSCAD 15 csecceeeccceeccceeccceeesceeees 50 Figura 3 12 Ambiente gr fico do m dulo Draft direita varias b
133. imenta o pode ser operado de uma forma semelhante a um sistema real O software RSCAD composto por um conjunto principal de 5 m dulos os quais se descrevem nos pontos seguintes RSCAD Software Suite Software Suite Figura 3 11 Interface principal do software RSCAD 15 50 21 1 Draft O modulo Draft do RSCAD m dulo de projeto representado na Figura 3 12 permite a constru o gr fica do circuito de pot ncia a simular Atrav s da sua interface gr fica poss vel desenhar um esquem tico utilizando os componentes existentes em diversas bibliotecas estando o utilizador habilitado a editar os valores dos diferentes par metros dos componentes assim como da simula o projetada De destacar algumas bibliotecas como a dos componentes do sistema de pot ncia como por exemplo fontes de tens o e corrente linhas e cabos m quinas sincronas e de indu o HVDC FACTS compensa o s rie transformadores componentes de gera o distribuida geradores e licos fotovoltaico entre outros 15 Existe uma outra biblioteca que disp e componentes de controlo tal como user inputs interrutores bot es e similares constantes fun es matem ticas fun es trigonom tricas fun es l gicas controladores de geradores entre muitos outros 15 Salientar tamb m a biblioteca de componentes dos sistemas de prote o e automa o como rel s de prote o dist ncia Ml IEC 61850 GOOSE bin ri
134. ira edi o data de 2003 2004 apresentada uma breve introdu o acerca das motiva es da cria o da CEI 61850 as principais caracter sticas vantagens e a modela o dos equipamentos da SE e como s o eles vistos pelos outros perante a Rede Local de Comunica o RLC Por se tratar de uma Norma t o extensa a abordagem aqui realizada sera focada na RLC das SE s ao nivel do comando e controlo da SE onde se encontram os Dispositivos Eletr nicos Inteligentes IED s do ingl s Intelligent Electronic Device nivel 1 4 1 Notas introdut rias Norma CEI 61850 A evolu o dos Sistemas de Automa o de Subesta es SAS deve se em grande parte a utiliza o de dispositivos de prote o comando e controlo com microprocessamento Desde a utiliza o de dispositivos com apenas fun es de prote o ate a utiliza o de dispositivos multifuncionais que permitem al m de fun es de prote o fun es adicionais como medida registo de eventos comando e controlo dos sistemas muito evoluiu a qualidade de servi o prestado pelas empresas de distribui o de energia el trica Nos tempos mais recentes com a introdu o dos IED s nos SAS uma RLC requerida para o bom funcionamento e eficiente opera o de todo o Sistema El trico de Energia SEE permitindo um maior comando e controlo do mesmo simplificando as instala es atraves da redu o do interface el trico A utiliza o de uma RLC ou LAN do ingl s
135. is encarado como um requisito fundamental para a constru o de SE s das grandes empresas exploradoras das redes el tricas como o caso da Operadora da Rede Nacional de Distribui o Cap tulo 5 Ensaios de Comissionamento e Testes de Funcionamento em Subesta es CEI 61850 Neste capitulo ser o apresentados os diferentes tipos de ensaios a serem realizados com a introdu o da Norma CEI 61850 O objetivo dos ensaios verificar que uma determinada solu o responde realmente aos requisitos impostos pela Norma CEI 61850 S o identificadas as diferen as relativamente aos ensaios atualmente realizados pela Operadora da Rede enunciados no Cap tulo 3 desta forma mostrado o impacto em termos de comissionamento e testes de funcionamento introduzido pela Norma CEI 61850 ainda realizado um levantamento das ferramentas de ensaio necess rias para os testes segundo a Norma CEI 61850 e as suas configura es ajustadas para estas novas verifica es 5 1 Notas Introdut rias aos Ensaios da CEI 61850 A atual evolu o dos Sistemas de Automa o de Subesta es SAS n o acarreta apenas um grande desafio aos engenheiros projetistas que desenvolvem os novos sistemas Tem sido tamb m um grande desafio para as equipas de ensaios tanto de comissionamento como de funcionamento e manuten o N o mais se avalia apenas a fun o principal de um componente de uma Subesta o de Energia El trica SE mas tamb m as suas in meras f
136. isparo e dos circuitos de alarme Estas verifica es devem ser cuidadosamente programadas para que sejam efetuadas numa ordem l gica e eficiente a fim de que nenhum equipamento seja perturbado ou perturbador durante os testes subsequentes Deve portanto ser elaborada uma lista de ensaios a serem realizados dispostos segundo uma ordem cronol gica juntamente com todas as precau es que devem ser tomadas em considera o 1 Ensaios de Comissionamento Os ensaios de comissionamento contemplam inje o prim ria de correntes e tens es devendo estes ser realizados em duas fases a primeira para verifica o de continuidade dos circuitos rela o de transforma o e desfasamentos atraves de valores prim rios relativamente baixos da ordem da dezenas de Amp re a segunda para verifica o da robustez dos circuitos dete o de maus apertos rigidez diel trica atraves de inje o de valores elevados quer de corrente centenas de Ampere quer de tens o milhares de Volt conforme as Condi es T cnicas Especiais utilizando equipamentos de ensaio espec ficos como por exemplo a mala de ensaios OMICRON Estes ensaios contemplam verifica es em todos os pontos de liga o desde a caixa de reagrupamento dos TC e TT at aos bornes das prote es Os testes com inje o de valores elevados de corrente e tens o devem ser realizados com os circuitos inteiros e confirmados pela leitura dos valores nas prote
137. istintas com vista a coordena o das fun es de prote o Supervis o de Manuten o e ou supervis o a dist ncia de equipamentos existentes na equipamentos SE Outros tipos de aplica es e servi os complementares podem existir n o sendo eles essenciais para o funcionamento pretendido do sistema mas asseguram maior seguran a e consequentemente melhor qualidade de servi o da SE 2 2 3 1 Arquitetura e Organiza o Funcional dos Sistemas de Prote o Comando e Controlo 2 A arquitetura de uma SE composta por diversos m dulos de processamento de informa o que devidamente interligados permitem o bom desempenho de todos os equipamentos instalados na SE Nos pontos que se seguem s o identificados os tr s grandes niveis hier rquicos interligados entre si no qual dividida a SE Tipo AT MT 1 N vel O N vel de Processo O nivel de processo o nivel mais baixo da SE onde est o situados os equipamentos AT MT da SE como os transformadores de medida TT e TC e atuadores que s o necess rios para monitorizar e operar os equipamentos de prote o como os disjuntores com os quais o SPCC interage por este motivo que o n vel de processo n o faz parte propriamente dita da funcionalidade do SPCC O n vel O tem como principais fun es ii Fornecer um ambiente interno adequado protegido do sistema de distribui o de energia el trica Efetuar a aquisi o da diferente informa o
138. itam a identifica o de problemas No campo poder o aparecer defeitos simult neos que ir o dificultar muito a sua localiza o e repara o podendo prolongar de forma n o controlada o prazo de realiza o dos testes de campo 36 9 9 1 Tipos de Testes de Interoperabilidade 37 Os testes de interoperabilidade com base no seu objetivo s o classificados como testes de interoperabilidade de Prova de Conceito e em testes de aceita o no local da instala o 90 designados de SAT definidos na sec o 3 3 2 Com base nos fabricantes os testes de interoperabilidade s o classificados em dois diferentes tipos que dependem dos componentes que comp em o sistema a testar se de um nico ou de v rios fabricantes O perfil de comunica o ponto a ponto uma caracter stica unica do SAS baseados na CEI 61850 Este tipo de comunica o permite a implementa o da interoperabilidade entre dispositivos localizados no nivel hier rquico nos IED s n vel 1 bem como entre dispositivos localizados em diferentes niveis hier rquicos como a comunica o cliente servidor entre o nivel 1 e o nivel de esta o Assim uma outra classifica o dos testes de interoperabilidade surge baseada nos perfis de comunica o ponto a ponto e cliente servidor i Testes de Interoperabilidade de Prova do Conceito 37 Os testes de interoperabilidade de Prova do Conceito do ingl s Proof of the concept t m a fun
139. itindo o we MU a A 3 conjunto de dados atrav s de uma rede redundante TI TA Entradas NE Sa das Figura 4 13 Representa o do barramento de processo 30 4 15 Coment rios Finais A Norma CEI 61850 est num processo de aceita o mundial positivo em contraste do que aconteceu com os diversos protocolos de comunica o anteriores Em poucos anos os demais protocolos de comunica o ser o substitu dos pela CEI 61850 em vista dos seus muitos benef cios As novas instala es que n o considerarem o uso deste padr o estar o tecnologicamente ultrapassadas em rela o ao futuro A aplica o da Norma CEI 61850 em campo relativamente recente e ainda pouco difundida Sendo talvez por esse motivo que as empresas cliente s o cautelosas na sua aquisi o e implementa o Factos que podem ser justificados devido aos elevados investimentos iniciais em equipamentos forma o de pessoal para al m da preocupa o de manter a continuidade e qualidade de servi o perante a ocorr ncia de erros No futuro a Norma CEI 61850 ser adotada pelos principais fabricantes dos equipamentos de prote o comando e controlo A sua aplica o pode por um lado diminuir o custo da sua aquisi o devido competitividade entre fabricantes mas por outro pode aumentar o seu custo por tal equipamento ser capaz de desempenhar novas fun es Gradualmente ser o substitu dos os protocolos atualmente implementados sendo cada vez ma
140. ja se o exemplo na Figura 6 6 em que algumas vari veis dentro do dataset est o desordenadas DataSet name LLNOBRptStDs gt lt DataSet name LLNOBRptStDs gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass LLNO doName Mod fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass LLNO doName Mod fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass LLNO doName Beh fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass LLNO doName Beh fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass LLNO doName Health fe ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass LLNO doName Health fe ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass LLNO doName Loc fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass LLNO doName Loc fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass LPHD Inlnst 1 doName PhyHealth fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass LPHD Inlnst 1 doName OutOv fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass LPHD Inlnst 1 doName Pro fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass LPHD Ininst 1 doName PhyHealth fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass LPHD Inlnst 1 doName OutOv fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass LPHD Inlnst 1 doName Proxy fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass CSW 1 InInst 1 doName Mod fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass CSW InInst 1 doName Mod fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass CSW 1 Inlnst 1 doName Beh fc ST gt
141. l como o laborat rio KEMA a qual define como testar o IED As etapas dos testes de conformidade segundo a UCA s o apresentadas na Figura 5 2 C IN CIO D Requisitos de Conformidade Est ticos PICS Avalia o de Conformidade Est tica Requisitos de Conformidade Din micos Teste de Conformidade Sele o e Parametriza o Testes Din micos Teste B sico de Interliga o Teste de Capacidade Teste de Comportamento An lise de Resultados Revis o Final de Conformidade S ntese e Conclus o Produ o de Relat rio de Ensaio D Fluxo de Controlo C FM gt gt Fluxo de dados Figura 5 2 Etapas dos testes de conformidade 33 O primeiro passo referente inspe o da documenta o que acompanha a apresenta o da conformidade a qual deve incluir documentos espec ficos incluindo PICS MICS e outras especifica es como PIXIT De seguida s o realizados os testes est ticos os quais contemplam a verifica o da documenta o que apresenta os recursos obrigat rios exigidos pela Norma CEI 61850 e especificados pelo fabricante Por fim s o realizados os testes din micos os quais representam o real estimulo resposta do dispositivo sendo verificado que o dispositivo implementa corretamente todas as caracteristicas reivindicadas na sua documenta o Especificamente os testes de conformidade devem incluir as verifica es a seguir 33 i Controlo de vers o e documenta
142. lt FCDA Idinst CONTROL InClass CSWI InInst 1 doName Beh fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass CSW 1 Inlnst 1 doName Health fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass CSWI Ininst 1 doName Health fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass CSW I Inlnst 1 doName Pos fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass CSWI Ininst 1 doName Pos fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass CSW 1 InInst 1 doName Ind1 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass CSWI InInst 1 doName Ind1 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass CSW 1 InInst 1 doName Ind2 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass CSWI InInst 1 doName nd2 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass CSW 1 InInst 1 doName Ind3 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass CSWI InInst 1 doName Ind3 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass CSW 1 InInst 1 doName Ind4 fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass CSWI InInst 1 doName Ind4 fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO InInst 1 doName Mod fe ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGIO InInst 1 doName Mod fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO Inlnst 1 doName Beh fc ST gt lt FCDA Idinst CONTROL InClass GGI0 InInst 1 doName Beh fc ST gt lt FCDA Idinst CONT ROL InClass GGIO0 InInst 1 doName Health fc ST gt lt FCDA Idinst CO
143. ma configura o do novo dispositivo sendo necess rio reconfigurar a rede e Nao atribuido a cada IED um endere o de IP n o sendo portanto possivel aceder lhe remotamente e Quando se pretende introduzir na RLC um equipamento de outro fabricante necess rio instalar uma rede de comunica es independente pois o protocolo n o o mesmo como o caso do protocolo SPA Bus utilizado pela ABB quando existe outra RLC como a LonWorks e Limita es de comunica o da rede LonWorks em termos de velocidade largura de banda entre outros LonWorks nas Subesta es da Rede Nacional de Distribui o RND da Efacec A tecnologia LonWorks da Efacec ainda utilizada em algumas SE s n o sendo contudo implementada nas novas instala es do tipo SCl A rede LonWorks permite que cada equipamento envie e receba informa o de outro equipamento independentemente da estrutura da rede topologia e endere os de outros equipamentos A Figura 2 4 apresenta a titulo de exemplo uma RLC que tem implementada a tecnologia LonWorks da Efacec com topologia em anel Os IED s existentes nos diversos pain is comunicam entre si utilizando o protocolo de comunica o LonWorks com exce o dos IED s da ABB instalados em cada um 18 dos paineis de linha AT que levou necessidade de instalar uma rede de comunica o independente uma vez que a ABB usa um protocolo diferente SPA Bus para se comunicarem As interliga es f sicas e
144. mplementa o de equipamentos de diferentes fabricantes n o seja um obst culo comunica o entre eles Garantir a interoperabilidade apresenta se assim como o primeiro requisito da Norma CEI 61950 21 Outros requisitos devem ser tomados em conta devido sua import ncia tais como e Elevada velocidade de comunica o entre IED s de uma SE e Capacidade de funcionar em rede e Elevada disponibilidade e Normaliza o e Garantir tempo de entrega e Suporte para fluxo de amostras de dados de tens o e corrente e Suporte para transfer ncia de ficheiros e Suporte para configura o autoconfigura o e Suporte para seguran a e Liberdade de configura o e Estabilidade a longo prazo 4 4 Norma CEI 61850 Objetivos e Vantagens Depois de apresentados os requisitos fundamentais que regem a cria o da Norma CEI 61850 desde logo se toma como principal objetivo da Norma CEI 61850 a garantia desses mesmos requisitos Assim tem se como principais objetivos 19 e Garantir a interoperabilidade entre IED s de diferentes fabricantes que apesar da diferente origem possam trocar informa o de forma irrestrita em qualquer tempo de forma r pida precisa e com elevada confiabilidade para executar as fun es de prote o comando e controlo do sistema 28 e Atender a diferentes tipos de arquitetura das RLC utilizados e Permitir a comunica o entre IED s com elevada velocidade e confiabilidade utili
145. n as para a configura o de um SAS convencional Entre eles e Informa o das caracteristicas do subsistema de comunica o referentes a Rede Local de Comunica o RLC ou LAN ethernet e os seus equipamentos de comunica o e A documenta o em linguagem SCL e Os procedimentos de teste especificos para o SAS adquirido A ferramenta de configura o do SAS deve estar adequada aos novos requisitos necess rios para implementar as caracteristicas da Norma CEI 61850 Para uma completa configura o do sistema devem ser associados a SE os IED s respons veis pela garantia da aplica o das fun es de prote o comando e controlo dos paineis da SE Para esta concretiza o necess rio proceder importa o dos arquivos descritivos de cada IED arquivos ICD ou CID fornecidos pelas ferramentas de configura o de cada fabricante de IED s depois de configurados para a instala o em quest o Alguns problemas que surgem nesta tarefa a incompatibilidade na importa o destes ficheiros sendo que a ferramenta de configura o do sistema apenas consegue decifrar um dos tipos Para ultrapassar esse problema a maior parte das vezes basta alterar a extens o do arquivo O uso do Configurador de Sistema propicia aos seus usu rios todo o conjunto de ferramentas e fun es necess rias para execu o dos passos a serem seguidos para se obter o arquivo SCD da SE quais sejam 1 Desenho do diagrama unifilar da SE atrav
146. nais e de Interoperabilidade para a Integra o de Sistemas de Prote o e Automa o Utilizando a Norma CEI61850 em IX Semin rio T cnico de Prote o e Controle STPC Minas Gerais Brasil 2008 37 J TAN C Zhang e Z Q Bo The Importance of IEC 61850 Interoperability Testing em Universities Power Engineering Conference UPEC 2008 38 M Paulino Testes de Conformidade em Rel s Multifuncionais baseados na IEC 61850 em VIII Seminario T cnico de Prote o e Controle STPC Rio de Janeiro Brasil 2005 39 A Souto G Guieiro J Kieruff L Abreu e S Carvalho Testes de Desempenho e Interoperabilidade utilizando a Norma IEC 61850 em 13 Seminario de Automacdo de Processo Sao Paulo Brasil 2009 40 OMICRON IEDScout The Universal Tool for working with IEC 61850 IEDs abril 2012 Disponivel em http www omicron at gt support gt literature videos gt literature gt english gt IEDScout Brochure Acedido em 04 2013 41 OMICRON OMICRON GOOSE Configuration Module 2013 Disponivel em http www omicron at gt Home gt Products amp Services gt by Product gt Testing with Communication Protocols gt GOOSE Configuration Module Acedido em 04 2013 42 OMICRON OMICRON Sampled Values Configuration Module 2013 Disponivel em http www omicron at gt Home gt Products amp Services gt by Product gt Testing with Communication Protocols g
147. nais relevantes ao SAS satisfazem as condi es descritas na documenta o t cnica do 78 79 SAS e dos seus produtos individuais 32 Tem ainda o cliente a responsabilidade de definir e planear as opera es de manuten o preventivas para manuten o ou troca de equipamentos ou pe as passiveis de manuten o de acordo com as instru es do fabricante em intervalos de tempo bem definidos A cargo do cliente fica ainda a realiza o da manuten o corretiva a qual deve ser realizada imediatamente apos a ocorr ncia de avarias 32 A CEI 61850 refere que para a garantia da qualidade s o necess rios equipamentos de teste adequados para os ensaios das diversas etapas Estes equipamentos s o requeridos para comprovar o comportamento e o desempenho das caracter sticas do SAS de acordo com o especificado pela Norma CEI 61850 5 2 1 Classifica o dos Testes de Qualidade Todos os testes devem ser realizados por equipas especializadas internas do fabricante com qualifica o e capacidade suficiente para definir e documentar se um produto passou nos ensaios ou n o De acordo com a Figura 5 1 existem v rios tipos de testes a efetuar por essas equipas em que cada ensaio especializado e focado para verificar determinados pontos do SAS bem definidos i Teste de Sistema O teste de sistema a prova do correto funcionamento e desempenho de cada Dispositivo Eletr nico Inteligente IED do ingles Intelligent Electronic Dev
148. nce Tests ou nos testes de f brica FAT do ingl s Factory Acceptance Tests e As ferramentas de engenharia para configura o e teste necessitam ser alteradas e Existe independ ncia dos fornecedores 5 2 Testes de Garantia de Qualidade A garantia de qualidade uma tarefa comum do fabricante e do cliente do SAS com diferentes reas de responsabilidade as quais s o definidas no momento da aquisi o Para garantir a qualidade por parte do fabricante o sistema submetido a um conjunto de etapas de verifica o com uma sequ ncia bem definida como mostrado na Figura 5 1 sendo da responsabilidade do fabricante a correta aplica o dos ensaios e a sua verifica o 32 Desenvolvimento EN ISSO 9001 S ries Protot picas Ensaio de Tipo Aprova o do Mercado gt Entrega e Coloca o em Servi o Cliente 1 Projeto 1 Verifica o Opcional Cliente x FAT dos Teste de Rotina see Equipamentos Comissionamento de Produtos do Sistema Opera o Experimental opcional Garantia de Vendedor Suporte aos Servi o de Manuten o Cliente n t Concess o do Produto Teste de Conformidade Desativa o e Desmantelamento Ciclo de Vida no Local Figura 5 1 Etapas para Garantia de Qualidade por parte do fabricante 32 Por sua vez o cliente respons vel por assegurar que as condi es ambientais e operacio
149. necess ria ao comando e controlo do processo Enviar os dados adquiridos para o n vel 1 Receber sinais de comando e controlo do nivel 1 e enviar os sinais para os atuadores N vel 1 Unidade de Painel Dispositivos Eletr nicos Inteligentes O n vel 1 o nivel interm dio da SE onde est o situados os equipamentos de prote o e distribui o de energia O equipamento deste n vel consiste em unidades separadas ou combinadas para controlo e prote o de cada zona O nivel 1 tem como principais fun es iii Receber dados do n vel O e enviar comandos para o n vel 1 Introduzir informa o cronol gica se os dados recolhidos ainda n o tiverem sido datados no nivel 0 Implementar fun es de medida prote o comando e controlo associados a zona protegida Receber comandos do nivel 2 e retransmiti los para o nivel 0 quando necess rio Disponibilizar ao utilizador n vel 2 a informa o e o comando local sobre o painel N vel 2 Unidade Central e Centro de Comando e Controlo O n vel 2 o n vel mais alto da SE onde est o centralizados os computadores a interface homem m quina IHM e onde o controlo realizado local ou remotamente O n vel 2 tem como principais fun es Receber dados do nivel 1 e enviar comandos para o nivel 1 Implementar as fun es gerais da SE associadas aos teleservi os e IHM Controlar os diversos perif ricos como impressoras e displays Efetuar o servi o de li
150. nel o qual deve contemplar todas as verifica es e ensaios que se considerem necess rios e suficientes para a garantia de conformidade dos pain is em fun o das especifica es t cnicas e 32 requisitos funcionais e operacionais espec ficos da entidade requerente Deve considerar se as seguintes verifica es 10 11 12 13 Inspe o visual sendo esta inspe o realizada em 2 fases A primeira deve ser feita antes da eletrifica o dos sistemas ate as r guas de interface de cada um de forma a validar a aus ncia de liga es de um dos lados da mesma A segunda deve ser realizada ap s a conclus o da eletrifica o do arm rio Deve contemplar tamb m a verifica o de conformidade do arm rio com o esquema mec nico do mesmo Ensaios de rigidez e compatibilidade eletromagn tica Verifica o de aus ncia de mistura de polaridades Ensaios de eletrifica o estes ensaios devem garantir a conformidade positiva por exemplo verifica o da presen a da respetiva polaridade em todos os pontos de liga o em que devem estar e ao mesmo tempo da verifica o da aus ncia de polaridade nos pontos onde n o deve estar presente para uma determinada a o seja esta por fecho de um contacto ou proveniente do exterior do arm rio Estas verifica es s o por defini o combina es lineares de conjuntos de pontos de liga o pelo que deve ser considerada uma sistematiza o de forma a reduzir se o n mer
151. ns rapidas apresentando por isso requisitos mais exigentes nomeadamente de tempo em compara o com as restantes mensagens r pidas Apresentam diferentes requisitos de tempo de acordo com as classes de desempenho sendo que para a Classe P1 o tempo total de transmiss o ser da ordem de meio ciclo 10ms Ja para a classe P2 3 o tempo total de transmiss o sera da ordem de um quarto de ciclo 3ms ii Tipo 1B Outras others As mensagens Tipo 1B distinguem se pelo seu tempo menos exigente relativamente a ordem de disparo sendo que para a classe P1 o tempo deve ser inferior a 100ms e para a classe P2 3 o tempo deve ser da ordem dos 20ms 4 10 2 Tipo 2 Mensagens de Velocidade M dia Medium Speed Para as mensagens Tipo 2 a hora da sua composi o importante passando o tempo de envio a ser menos cr tico Devem incluir o registo do instante de tempo em que foram geradas dado pelo rel gio interno do IED editor devendo ser este o valor de tempo utilizado pelo IED recetor para calcular o intervalo de tempo ap s o qual atua Exemplo das mensagens Tipo 2 a informa o de estado devendo o tempo total de transmiss o ser inferior a 100ms 4 10 3 Tipo 3 Mensagens de Baixa Velocidade Low Speed As mensagens Tipo 3 s o utilizadas para fun es lentas de auto controlo transmiss es de notifica es de eventos leitura ou altera o de valores e apresenta o geral de dados do sistema O seu
152. nte a nova realidade A ado o de uma ou outra estrat gia deve advir do solicitado pela Operadora da Rede Esta tem o papel de uniformizar estes aspetos de forma que todas as SE s tomem a mesma solu o de implementa o Cuidados especiais devem ser adotados quando um IED respons vel pela prote o e controlo de v rios objetos Apesar da economia em IED s devem ser tomados procedimentos adequados no manuseio do IED Assim blocos de testes adicionais e rotinas de manuten o mais detalhadas ser o necess rios 50 Apesar das possibilidades de livre aloca o de fun es permitida pela capacidade dos IED s a totalidade da sua aplica o dever ser mais explorada nomeadamente a partir da implementa o do barramento de processo ver sec o 114 115 4 14 S assim os valores de corrente e tens o podem estar distribuidos de maneira digital pela rede local de comunica es 50 Rel de Controlo Rel de Prote o Comando J Relatorio Relat rio Relat rio T Relat rio de Posi o de Disparo de Posi o de Disparo Cablagem Convencional Cablagem Convencional Figura 6 5 Exemplo de formas de alocacao de Nos Logicos entre IED s 50 6 4 Dificuldades na Integra o entre Dispositivos de diferentes fabricantes Durante a integra o entre IED s de diferentes fabricantes foram evidenciadas algumas defici ncias relativas aos fabricantes em pontos p
153. ntradas 6 Sa das Digitais Fonte de Alimenta o Carta Expans o 1 Tipo Tipo Il Tipo Ill ou Tipo IV Carta Expans o 2 Tipo Tipo Il PO RP Tipo lilou Tipo IV Porta S rie Traseira para liga o J com Winprot LEDs para sinaliza o de funcionamento Liga o do equipamento a terra Carta de Processamento CPU Inscri o da Ordering Form Figura 2 9 Descri o do painel traseiro 9 26 ii Unidade Central A UC esta instalada no nivel 2 do SPCC sendo respons vel pela comunica o com o CC e com todos os IED s atrav s dos protocolos de comunica o CEI normalizados podendo ser entendida como um no na RLC permitindo a execu o das fun es de comando e controlo de toda a instala o no local ou a dist ncia 4 A UC tamb m respons vel por assegurar o envio de informa o via rede ethernet para o PCL permitindo desta forma a anima o em tempo real dos diversos Quadros Gr ficos da IHM dispon veis no PCL bem como o arquivo no disco do PCL de registos de eventos do SPCC e de Osciloperturbografia descarregados automaticamente dos IED s A UC deve ser sincronizada atrav s de um protocolo de comunica o ou via GPS tamb m ele instalado na SE A UC deve atender a um conjunto de crit rios fundamentais nomeadamente e Minimiza o do tempo de resposta do sistema e Maximizacao da disponibilidade do sistema e Facilidade de manuten o do sistema e
154. ntre ferramentas de engenharia 73 Figura 4 13 Representa o do barramento de processo 30 css eee ceeeeecceeeeeeceees 75 Figura 5 1 Etapas para Garantia de Qualidade por parte do fabricante 32 78 Figura 5 2 Etapas dos testes de conformidade 33 sesesssosossssssssssssssesesesesesesoso 81 Figura 5 3 Formato do documento de teste de conformidade 33 cceeecceeeeceeees 83 Figura 5 4 Diagrama simplificado do sistema de teste de conformidade 84 Figura 5 5 Conex es para teste funcional convencional esquerda e para teste funcional baseado na CEI 61850 de um IED 38 cece cece cence ceescceeeccceescceescceseccesescess 86 Figura 5 6 Sistema para teste de Interoperabilidade de varios IED s 36 89 Figura 5 7 Tempos de transfer ncia de mensagens 39 cccceccccccscccceeeeeeeeeeeeeees 92 Figura 5 8 Ambiente gr fico do m dulo de IEDScout 40 ccccceeecccceeeeececeeeeeees 96 Figura 5 9 Ambiente gr fico do modulo de configura o de mensagens GOOSE 41 97 Figura 5 10 M dulo de configura o de SV 45 c cc ccecccceeencceeeceeeeesceeeeeeeeenseeeees 98 Figura 5 11 Esquema de teste de SV numa merging unit 18 cccceecccceccceeecceeees 98 XIV Figura 5 12 Interface da aplica o SVScout com valores de tens o e corrente ANNOSEFAG
155. ntre os diferentes equipamentos s o realizadas em fibra tica A UC deve possuir a capacidade de suportar v rios protocolos de comunica o para garantir a comunica o com todos os IED s Uma vez n o que n o existe uma normaliza o para os protocolos a utilizar na rede de comunica o de dados da SE cada fabricante utiliza o seu pr prio protocolo paradigma esse que tende a acabar router ou modem ser interligada rede TCP IP A RLC da SE comunica com o CC atrav s do protocolo EDP podendo tamb m atraves de Protocolo EDP q Centro Unidade de Comando Aquisi o a a e LonWorks Fibra Otica a LonWorks Ls q Painel Barras AT DO Co EFACEC Painel Painel Barras Painel Bateria Painel Sa da chegada TP Seccionamento de Linha MT MT TSA RN Condensadores Figura 2 4 Arquitetura LonWorks para o sistema de comunica o dos SPCC s utilizada pela Efacec 6 Redes LON das SE s da RND da ABB 6 Ao contr rio da topologia apresentada para as redes LonWorks com topologia em anel surgiu tamb m a implementa o de topologia em estrela implementada pela ABB designada de LON Neste caso a liga o Unidade Terminal Remota RTU realizada em suporte f sico em fibra tica sendo utilizado o protocolo de comunica o definido pela CEI 60870 5 104 A liga o em estrela dos v rios IED s do edif cio de comando assegurada por um acoplador em estrela da ABB 18 A liga o com o
156. nts lt lt PICS gt gt and product s extra information for testing lt lt PLAIT gt gt This Certificate summaries test results as carried out at lt lt TESTLAB gt gt in lt lt COUNTRY gt gt with lt lt GOOSE publisher VERSION gt gt and lt lt Analyzer VERSION gt gt This document has been issued for information purposes only and the original paper copy of the test report No lt lt REPORT NUMBER gt gt will prevail The GOOSE performance has been measured with lt lt Boolean and or Double Point gt information s lt lt LOCATION gt lt lt DATE gt lt lt Signature of responsible test engineer gt gt lt lt Name of responsible test engineer gt gt 1 Level A Independent Test lab with certified 180 9000 of ISO 17025 Quality System Anexo E Modelo do PIXIT para o Teste de Desempenho das Mensagens GOOSE 60 Introduction This document specifies the protocol implementation extra information for testing PIXIT of the IEC 61850 GOOSE performance in the server device lt product gt with version eversion gt Together with the PICS this PIXIT forms the basis fora GOOSE performance test according to IEC 61850 5 and IEC 61850 10 PIXIT for GOOSE performance test Performance class GOOSE ping pong processing method Pors SSCS Application logic scan eee cycle ms Maximum number of data attri a in GOOSE dataset value and quality has to be counted as separate attributes Ma
157. o ss ns Linha AT Seccionador de Barras AT Transformador de Pot ncia AT SW 4 SW 5 HR 4 P A A i fo NS no Jf No Sf 7 H l 1 H i po l p000 1 0000 1 DODO ij 0000 ij 0000 0000 EFACEC i EFACEC 1 EFACEC EFACEC EFACEC IEFACEC TSA amp RN TPMT Bateria de Saida MT B MT Saida MT Condensadores EDIF CIO DE COMANDO Figura 2 6 Arquitetura Ethernet em protocolo CEI 60870 5 104 6 Ethernet com protocolo CEI 61850 As desvantagens da utiliza o do protocolo CEI 60870 5 104 foram colmatadas com a recente ado o da Norma CEI 61850 que tem como grande vantagem a interoperabilidade entre equipamentos de diversos fabricantes O aparecimento desta norma levou a uma reformula o das RLC estabelecendo crit rios para a uniformiza o Na Figura 2 7 est representada a titulo de exemplo uma rede local de dados baseada no protocolo CEI 61850 onde se podem verificar a intera o entre equipamentos de diferentes fabricantes 22 23 Centro de Despacho da EDP on E GPS Sat lite N CEI 60870 5 104 R CEI 61850 da A Y poy E S o NS Ethernet a SW 1 SW 2 Fibra tica SW 3 Eis gt TS gt oat p E E E EE Flea E 0000 0000 0000 0000 0000 0000 Ea Ea Ea EFACEC IEFACEC Ea Linha AT Seccionador de Barras AT SW 4 SW 5 NR ER q ta A E
158. o A evolu o dos Sistemas de Automa o nas Subesta es de Energia El trica motivou a ado o de redes de comunica o mais fiaveis e robustas Contudo os diferentes fabricantes de equipamentos adotaram formas mandat rias de comunica o o que impossibilita a implementa o num mesmo Sistema de equipamentos de v rios fabricantes Com a introdu o da Norma CEI 61850 uma nova filosofia na comunica o foi adotada Foi introduzida aparentemente ainda de uma forma te rica a forma de Comunica o Universal capaz de permitir a livre comunica o entre equipamentos de diferentes fabricantes eliminando assim o excesso de protocolos existentes Na pr tica a introdu o da Norma CEI 61850 nos Sistemas de Subesta es acarreta um conhecimento profundo da mesma Al m disso testes de verifica o de conformidade em laborat rios devem ser realizados de forma a aumentar o conhecimento do saber e do fazer e conhecer as barreiras implementa o no terreno da Norma CEI 61850 A Norma Internacional CEI 61850 relativamente recente data da primeira vers o em 2003 sendo talvez por este motivo raz o para que as empresas cliente sejam cautelosas na sua implementa o devido aos elevados investimentos iniciais em equipamentos forma o de pessoal equipamentos de teste para al m da preocupa o de manter a continuidade e qualidade de servi o perante a ocorr ncia de erros Assim existe uma motiva o para avaliar o impa
159. o por Dispositivos Eletr nicos Inteligentes IED s do ingl s Intelligent Electronic Devices interligados de forma a partilharem informa o atraves da Rede Local de Comunica o RLC de alta velocidade Os principais motivos que levam necessidade de automatiza o de uma SE passam pela e Melhoria da qualidade no fornecimento de energia el trica e Redu o do tempo de interrup es no fornecimento de energia el trica e Controlo remoto da SE atrav s do Centro de Comando e Controlo e Redu o do custo operacional e Maior seguran a Para que uma SE seja automatizada necess rio que tal possua equipamento de prote o comando controlo monitoriza o medi o e comunica o conectados em rede baseada em tecnologia de interconex o para redes locais de dados amplamente utilizadas nas SE da Operadora de Rede Nacional que se baseiam no envio de pacotes de dados As vantagens da utiliza o dos sistemas automatizados passam por e Reduzir o tempo de localiza o e reparo de defeitos e R pida visualiza o da sequ ncia de eventos ocorridos e Reduzir os custos de opera o e manuten o e Reduzir o trabalho de campo e Facilitar a implementa o de modifica es nos automatos e Reduzir a incid ncia de ocorr ncias no sistema el trico devido a erros humanos de opera o Os sistemas automatizados mais evolu dos utilizados nas SE s AT MT passam pela utiliza o de Sistemas de Prot
160. o de ensaios a efetuar em laborat rios acreditados para o efeito sendo da responsabilidade do fabricante a sua realiza o mediante a presen a de um respons vel pertencente a entidade requerente A evolu o dos SPCC s nomeadamente no que se refere a implementa o de novos equipamentos e novas arquiteturas segundo a Norma CEI 61850 em estudo leva necessidade por parte das operadoras da rede da verifica o e confirma o das novas funcionalidades e caracter sticas sendo para tal necess rio o desenvolvimento de um novo modelo de ensaios 38 39 3 5 Testes aos Rel s de Prote o Com a evolu o dos equipamentos e principalmente dos rel s que passaram dos eletromec nicos para os digitais as prote es funcionam com maior efici ncia e fiabilidade Os tempos de atua o dos rel s ficaram menores principalmente os tempos de abertura e fecho dos disjuntores proporcionando melhores condi es de servi o garantindo elevada qualidade e continuidade de servi o el trico Deste modo os testes efetuados aos rel s de prote o s o determinantes para assegurar o seu correto funcionamento quando forem chamados a atuar Para tal existem dois tipos distintos de simuladores para que se possam realizar os ensaios sendo designados por e Simuladores em Circuito Aberto do ingl s Open Loop Simulator e Simuladores em Circuito Fechado do ingl s Closed Loop Simulator Os simuladores t m o objetivo comum de realiz
161. o de repeti es de condi es de ensaio Verifica o da conformidade da cor dos condutores Verifica o de entradas e saidas dos equipamentos Ensaios dos circuitos de corrente alternada por continuidade e inje o de grandezas diretas inversas e homopolares Ensaios funcionais de cada um dos sistemas os quais incluem todas as fun es de prote o controlo e monitoriza o Ensaios de funcionalidade global do painel Ensaios de gera o de sinaliza es e alarmes Identifica o dos equipamentos de prote o n s rie firmware cabos de comunica o fibras ticas bornes condutores rel s auxiliares e fichas de corrente e tens o Identifica o dos meios de ensaio e datas de pr xima calibra o O protocolo deve ser suportado em papel para formaliza o e assinaturas sendo que o relat rio resultante daquele deve contemplar um registo eletr nico de todos os ensaios em particular os que resultem dos ensaios funcionais atrav s de equipamentos pr prios de ensaio como a mala de ensaios da OMICRON Este relat rio deve ter um conjunto de observa es que demonstrem que ensaios e verifica es n o foram poss veis testar ou confirmar e na aus ncia destes uma declara o em que o painel se encontra testado e est em conformidade com o projeto executivo e de acordo com as especifica es t cnicas e aplica es para o qual foi construido 32 33 14 Todos os arm rios de cada painel devem ter um
162. o e anal gico controlo de disjuntores entre outros 15 Todos estes componentes foram projetados com a capacidade de opera o em tempo real sendo alvo de constantes aperfei oamentos Realizado o esquem tico de simula o e a sua devida configura o o utilizador tem a op o de correr um PowerFlow tr nsito de pot ncias dentro do pr prio software de modo a obter os valores iniciais nodais para que posteriormente possam ser utilizados como valores iniciais do m todo de integra o num rica facilitando a converg ncia do m todo utilizado De seguida o circuito construido ser submetido a um processo de compila o sendo criado o codigo de simula o necess rio para o simulador Este processo automatizado divide as tarefas de c lculo necess rias pelos processadores dispon veis Uma vez completado este processo de compila o a simula o pode ser executada com recurso a um outro m dulo do software designado de RunTime Figura 3 12 Ambiente gr fico do m dulo Draft direita v rias bibliotecas de componentes do sistema de pot ncia comando e controlo esquerda tela de desenho do esquem tico a simular 15 52 2 RunTime O m dulo RunTime representado na Figura 3 13 opera atrav s de um PC ou workstation que se encontra em comunica o com o simulador RTDS via ethernet Atrav s desta interliga o enviado o caso de estudo compilado para o simulador sendo possivel a partir deste instan
163. o novas filosofias e m todos de ensaio Para contrastar com os equipamentos apresentados para a realiza o dos atuais ensaios s o identificados os equipamentos dedicados conformidade da Norma CEI 61850 e a necessidade de adquirir esses novos equipamentos ou de adotar novas formas de utilizar os ja existentes A disserta o contempla ainda um estudo dos pontos mais relevantes do protocolo CEI 61850 para o presente estudo tamb m realizada uma caracteriza o dos Sistemas de Prote o Comando e Controlo de uma Subesta o Tipo Por fim discutido o estado atual da Norma CEI 61850 nas Subesta es de Distribui o portuguesas onde s o identificadas algumas barreiras existentes implementa o integral da Norma CEI 61850 S o no seguimento descrito propostas algumas tarefas a serem realizadas de forma a ultrapassar essas barreiras e tirar todos os benef cios desenhados pela Norma CEI 61850 Palavras Chaves Comissionamento e Testes de Funcionamento Norma CEI 61850 Rede Local de Comunica es Sistemas de Prote o Comando e Controlo jii iV Abstract Recently new communication techniques used in the Substation supervision and control emerged with the purpose to guarantee a greater reliability and quality in the electric energy supply It is the case of the standard CEI 61850 The application of the standard IEC 61850 entails an extensive list of conformity trials This dissertation studies the impact of the con
164. o o sistema sob o ponto de vista de um observador externo considerando que cada elemento funcional est em correta opera o 34 De outra forma os testes de desempenho de um SAS destinam se a verificar se o tempo de atua o de cada fun o se mant m dentro dos limites especificados mesmo quando a RLC submetida a condi es criticas de tr fego de mensagens ou ru do e quando os dispositivos f sicos e equipamentos dessa mesma RLC s o de diferentes fabricantes S o tamb m testados os tempos m ximos que cada mensagem especialmente as mensagens GOOSE leva desde a sua gera o num IED emissor at que seja recebida pelos IED s subscritores Tempo de Transfer ncia que ir o 92 utilizar a informa o 36 tal como mostrado na Figura 5 7 O tempo de transfer ncia dividido em tr s intervalos de tempo Os intervalos referentes ao tempo de processamento das mensagens pelo IED emissor e subscritor Ta e Tc respetivamente O tempo referente a entrega das mensagens pela rede Tp o qual envolve todos os componentes do meio f sico como switches e cabos de liga o que introduzem atrasos na comunica o 33 Tempo de Transfer ncia t ta tb tc J ap Jopessad0ld Fibra Otica es O 0 O 2 5 O QO oP PIIUNtUO O O ran O Oo Y Y U O O O Figura 5 7 Tempos de transfer ncia de mensagens 39 Os testes de desempenho devem ser verificados no local da instala o qu
165. o ponto 5 9 3 7 Coment rios Finais O funcionamento permanente dos Sistemas El tricos de Energia com elevada continuidade e qualidade de servi o adv m de um longo percurso de trabalhos que englobam as mais variadas tarefas desde planeamento projeto concess o dos equipamentos ensaios individuais montagem no local ensaios de verifica o no local entrada em servi o explora o e manuten o As fases de ensaio requerem a elabora o de planos universais bem estruturados por equipas t cnicas e engenheiros especializados S assim se garante o correto funcionamento dos sistemas e a garantia de longos periodos de vida til A necessidade de equipamentos de teste para a elabora o de tais ensaios tamb m um equipamento cada vez mais requerido e com maiores exig ncias por parte dos especialistas que realizam os diversos tipos de ensaios A modifica o permanente das regras e protocolos de concess o e de funcionamento dos componentes que comp em os sistemas requer um constante aperfei oamento dos m todos de ensaio e dos equipamentos de teste o caso do protocolo CEI 61850 como ser exposto no Capitulo 5 Cap tulo 4 A Norma CEI 61850 Redes de Comunica o e Sistemas em Subesta es Neste capitulo ser descrita a nova forma de comunica o local nas Subesta es de Energia El trica SE s a qual se rege pela utiliza o da Norma Internacional CEI 61850 Redes de Comunica o e Sistemas em Subesta es prime
166. ocumenta a capacidade do IED de comunicar informa es de tempo de um evento Um selo de tempo preciso necessita de diversas fun es distintas como o rel gio interno do IED e tempo de dete o de mudan a de estado No entanto para o usu rio final o importante qu o preciso o selo de tempo do dado gravado de um evento com rela o ao tempo atual do mesmo evento 22 5 6 2 Controlo de tempo de rea o A fun o de controlo de tempo de rea o pretende verificar a velocidade que cada IED capaz de reagir a uma mensagem GSE ou a uma mensagem de controlo de comando Deve identificar se o tempo decorrido entre o instante de chegada da mensagem e a mudan a de estado do IED 22 5 6 3 Crit rios operacionais e de confiabilidade uma medida de desempenho que documenta a confiabilidade e as caracter sticas de opera o do dispositivo O sistema necessita de confiabilidade e informa es operacionais como monitoriza o prote o controlo e dispositivos de comunica o Usando estas medidas de desempenho projetistas podem escolher dispositivos apropriados para satisfazer os requisitos do sistema 22 5 7 Dispositivo de Teste Universal A utiliza o de IED s baseados na Norma CEI 61850 requer o emprego de novos dispositivos e novas metodologias de ensaio Um dispositivo de teste deve permitir um ensaio apropriado 94 adequado as exig ncias do sistema de prote o e comunica o a ser testado simulando as c
167. operabilidade baseado no perfil de comunica o ponto a ponto verifica as conex es l gicas virtuais entre dois ou mais dispositivos da SE ligados atraves da rede LAN Qualquer um desses dispositivos do sistema pode dar in cio ao teste atraves do envio de informa o para a rede LAN via multicast De seguida as outras partes envolvidas recebem essa mesma informa o capturada da rede LAN utilizando a conforme for necess rio Para a realiza o do teste pode ser necess ria a inje o secund ria de corrente e tens o para causar a atua o do equipamento e o envio de informa o aos restantes equipamentos vi Testes de Interoperabilidade baseados no perfil Cliente Servidor 37 O perfil de comunica o cliente servidor um perfil orientado conex o Aquando da ocorr ncia de um acontecimento o servidor envia uma mensagem para o cliente Esta ordem de comunica o sempre verificada ou seja o servidor inicia sempre a convers o de informa o com o cliente Os testes de interoperabilidade entre cliente servidor tem como miss o verificar a correta transfer ncia entre dois n veis hier rquicos do SAS uma vez que os servidores s o geralmente os IED s localizados no n vel hier rquico um do SAS enquanto o cliente o n vel de esta o localizado no n vel hier rquico dois do SAS 5 6 Testes de Desempenho do Sistema Os testes de desempenho do sistema t m como grande objetivo testar e registar o desempenho de tod
168. operacional do sistema poupando tempo e dinheiro nas fases de implementa o e manuten o 36 Os IED s submetidos a testes funcionais e de interoperabilidade descritos nas sec es 5 4 e 5 5 respetivamente devem passar primeiramente pelos testes de conformidade e serem declarados conformes com a Norma CEI 61850 34 5 3 1 O Teste Pr tico de Conformidade 37 O sistema de teste para a realiza o dos testes de conformidade constituido por i um equipamento de teste como a mala OMICRON ii um sincronizador de tempo iii um simulador de tr fego de informa o na rede e iv um analisador de protocolos Estes componentes de hardware e software juntamente com o equipamento em ensaio s o ligados a uma Rede Local de Comunica o RLC ethernet designada LAN do ingl s Local Area Network isolada conforme ilustrado na Figura 5 4 Antes do in cio do teste necess rio efetuar os ajustes e a parametriza o do dispositivo sob teste IED e a configura o da RLC segundo a CEI 61850 nomeadamente para as mensagens GOOSE ou GSSE A ferramenta de configura o deve ser capaz de funcionar em SCL Os fabricantes utilizam o pr prio software de ajuste e parametriza o do IED para realizar a sua configura o 36 n o sendo estes softwares utiliz veis para configurar IED s 84 de diferentes fabricantes Este facto considerado como uma barreira encontrada para o operador do sistema pois deve possuir o conhecimento
169. or Power Utility Automation Redes de Comunica o e Sistemas para Automa o da Rede El trica 4 6 Modelo de Dados 23 A Norma CEI 61850 define e padroniza um modelo de dados Os modelos de dados representam os atributos e fun es dos dispositivos f sicos de uma SE um modelo orientado a objetos e os dados s o trocados entre fun es e subfun es que est o nos IED s Os IED s s o formados por um hardware e por um conjunto de fun es residentes que caracterizam o seu comportamento software As fun es utilizam classes de dados e as respetivas inst ncias de dados Um conjunto de fun es ou subfun es internas do IED que troquem informa es formam um LN Um conjunto de LN s forma um Dispositivo L gico LD do ingl s Logical Device onde se encontram organizados todos os dados necess rios para cumprir as funcionalidades previstas O LD esta residente no Dispositivo F sico PD do ingl s Physical Device ou IED respons vel por guardar todos os dados indispens veis conex o do IED rede existente As inst ncias presentes no IED s o respons veis por armazenar toda a informa o relativa as funcionalidades poss veis de implementar por este 60 61 A Figura 4 1 representa graficamente o modelo te rico de um IED tal como a Norma CEI 61850 o define Como se pode verificar o modelo apresenta uma estrutura hier rquica onde se v o consecutivamente definindo todas as estruturas que o comp em
170. orma o anal gica dos transformadores de medida como os Transformadores de Tens o TT s e Corrente TC s e outros transdutores ligados aos equipamentos prim rios de alta tens o da SE A recolha de informa o passa a ser realizada pelas Unidades de Campo MU do ingl s Merging Units as quais depois de converterem a informa o para formato digital a conduzem para os IED s na forma de Valores Amostrados SV do ingl s Sample Values A MU recolhe os valores com uma taxa de amostragem sincronizada podendo desta forma cada IED receber informa o proveniente de v rias MU s procedendo ao seu processamento e organiza o de forma autom tica A informa o recolhida das MU s atraves de uma rede redundante de 100 Mbits em fibra tica onde utilizado o protocolo de comunica o ethernet De forma simples para uma melhor compreens o dos SV pode definir se como sendo o deslocamento f sico do conversor A D atualmente localizado na entrada do IED para o parque da SE junto aos equipamentos de Alta Tens o assim poss vel trazer j o sinal digitalizado via rede ethernet distribuindo o aos IED s instalados na sala de comando 31 Com o emprego do barramento de processo j n o se trabalha mais com pot ncia energia do secund rio dos TT s e TC s mas somente com informa es na forma digital Isto acarreta uma grande economia e simplicidade de fia o visto que as informa es transmitidas s o atrav s de um
171. os poder n o ocorrer no mesmo dia em que o painel colocado em tens o ou para os efeitos aqui requeridos n o ter fluxo de energia suficiente Deste modo durante um ano ap s a coloca o em tens o o fabricante compromete se a deslocar se a instala o com aviso pr vio da Operadora da Rede para as verifica es finais com fluxo de energia mensur vel Salienta se que o relat rio resultante destes ensaios de extrema 36 import ncia e o mesmo dever ser entregue imediatamente ap s a sua conclus o nos moldes e termos a acordar semelhan a dos ensaios FAT o relat rio global dos SAT comissionamento e procedimentos de entrada em servi o deve ser objeto da mesma abordagem do ponto de vista t cnico e formal com a respetiva declara o de conformidade Assim todos os arm rios de pain is devem ter um Certificado de Conformidade que ateste os ensaios SAT com indica o de ressalvas e pendentes n meros de s rie tipo modelo firmware e vers o do software dos equipamentos constituintes Dependendo dos sistemas a instalar e vers es de software para acesso remoto poder ser necess rio a presen a de um t cnico especializado do fabricante nas instala es do Centro de Comando e Controlo para implementa o das bases de dados e configura o dos postos remotos de manuten o para se testar o acesso remoto via redes telef nica e ethernet 3 3 3 Manuten o Peri dica A manuten o peri dica um r
172. os CEI 61850 para os quais o componente sob teste dever ser verificado al m de extens es de testes especiais tais como a capacidade de enviar mensagens corrompidas de forma intencional e Fun o de registo para reconhecer armazenar e fazer playback de todas as respostas do equipamento sob teste e Capacidade de script para configurar uma execu o autom tica da transmiss o de mensagens de estimula o de teste e verifica o das respostas Os scripts devem incluir testes positivos comportamento correto de mensagens e respetivas respostas e testes negativos comportamento n o esperado causado por mensagens erradas e Capacidade de an lise para mostrar os resultados corretos e os inesperados facilitando a verifica o de problemas ou respostas incorretas e Capacidade de simular interpretar enviar e receber mensagens GOOSE entre o equipamento de teste e o objeto sob teste o conjunto de teste e a sua interliga o que difere em rela o aos ensaios funcionais convencionais uma vez que as necessidades requeridas pelo usu rio ter o sempre que ser testadas n o sendo alteradas com a implementa o da CEI 61850 Na Figura 5 5 mostrada a configura o de teste para os ensaios funcionais convencionais e segundo a CEI 61850 A liga o do IED com o processo nos dois casos similar ou seja atraves de liga es fisicas condutores entre o objeto sob teste e o equipamento de teste A diferen a est na substitui
173. os Tipo e em ensaios S rie ou de Rotina 3 2 1 Ensaios Tipo Os ensaios Tipo s o realizados a fim de demonstrar caracteristicas satisfat rias tendo em conta as aplica es previstas S o ensaios que uma vez realizados n o precisam de ser repetidos a n o ser que ocorram mudan as nas mat rias primas na conce o ou no processo de fabrico que possam alterar as caracteristicas dos equipamentos constituintes do SPCC Nos ensaios Tipo entre outros s o realizados os ensaios a seguir mencionados 4 e Ensaio Visual onde se identificam eventuais defeitos de fabrico disposi o dos equipamentos e verifica o das marca es e Verifica o da indelebilidade da marca o e Ensaios Clim ticos nomeadamente Calor Seco Frio e Calor H mido e Ensaios Mec nicos nomeadamente Resist ncia Vibra o sinusoidal e ao Choque e Verifica o dos Graus de Prote o C digo IP e C digo IK e Ensaios diel tricos nomeadamente ensaios onda de choque e frequ ncia industrial e Ensaios de imunidade 3 2 2 Ensaios Serie ou de Rotina Os ensaios S rie ou de Rotina s o ensaios previstos para serem efetuados de maneira repetitiva sobre produtos fabricados em s rie quer sob a forma de ensaios individuais quer sob a forma de ensaios por amostra com vista a verificar que uma dada fabrica o satisfaz crit rios definidos Os ensaios S rie consideram entre outros os seguintes ensaios de funcionamento descritos em
174. os do uso da CEI 61850 incluindo a depend ncia das implementa es com os fornecedores um aumento do nivel de interoperabilidade a nivel da informa o e a possibilidade de reutiliza o da engenharia entre projetos As empresas cliente devem solicitar que os fabricantes usem nomes descritivos apropriados nos pacotes e dados da CEI 61850 como por exemplo nos nomes dos LN s evitando nomes gen ricos Deve ainda ser solicitado que fun es iguais sejam configuradas com os mesmos nomes dos LN s A titulo pr tico exemplificativo deste problema repare se na Tabela 6 1 Verifica se que para as mesmas sinaliza es no Centro de Comando a utiliza o de LN por dois diferentes fabricantes da Operadora da Rede de Distribui o s o diferentes Repare se ainda que quer seja para prote o de m ximo de intensidade instant nea quer temporizada o LN no mesmo fabricante n o altera pelo que devia ser como indicado na ltima coluna da Tabela 6 1 segundo a CEI 61850 25 Isto funciona de forma igual uma vez que as Classes de Dados Comuns CDC s o iguais para os dois LN s o que pode causar mas interpreta es e identifica es contradit rias dificultando a uniformiza o Tabela 6 1 Compara o de tags CEI 61850 entre dois diferentes fabricantes Centro de Comando Efacec Siemens CEI61850 MAX I gt INST dtsiglnnxx PRI1I PFDPTOC2SSTSStr IED 2PROTSPIOC1SSTSStr PIOC MAX I gt TEMP dtsiglnnxx PRI1T PFDPTOC2SSTSOp IED 2PROTSPIOCISSTSO
175. os fabricantes O mais realista ser mesmo a realiza o dos testes no local permitindo assegurar o tr nsito de informa o dados na rede LAN ethernet de fibra tica tal como definido iii Testes de Interoperabilidade Multi Dispositivo de um nico Fabricante 37 Todos os dispositivos que comp em o sistema sob teste s o do mesmo fabricante onde todos os IED s do sistema est o conforme a Norma CEI 61850 relativamente aos testes de conformidade e ensaios de f brica FAT definidos na sec o 3 3 1 Normalmente apenas a ferramenta de configura o dos IED s propriet ria do fabricante necess ria para a 90 91 configura o do sistema n o sendo assim necess rio a intera o entre ferramentas de diferentes fabricantes iv Testes de Interoperabilidade Multi Dispositivo de V rios Fabricantes 37 O sistema sob teste constituido por dispositivos fabricados por diferentes entidades em diferentes plataformas Antes do teste de verifica o da interoperabilidade entre os diferentes componentes deve ser garantido que os mesmos passaram nos testes de conformidade da CEI 61850 S o necess rias neste caso ferramentas de configura o de IED s propriet rias dos v rios fabricantes dos diferentes componentes do SAS bem como uma ferramenta de configura o de sistema para principalmente configurar as comunica es v Testes de Interoperabilidade baseados no perfil Ponto a Ponto 37 O teste de inter
176. p PTOC tamb m reconhecido que muitas informa es n o s o referidas na Norma CEI 61850 como um LN espec fico 49 Deste modo t m que ser definidas como um LN Gen rico designado pela CEI 61850 por GGIO O que se verifica que v rios fabricantes nesta fase inicial de implementa o da Norma CEI 61850 utilizam demasiados LN GGIO s para as fun es de prote o comando e controlo para simplificar e agilizar o desenvolvimento do produto Contudo dificulta a identifica o e interpreta o por parte dos especialistas da Operadora da Rede em caso de novas configura es ou manuten es eliminando tamb m a capacidade de efetuar configura es autom ticas 49 Esta constata o est visivel na Figura 6 4 representativa dos LN s de um IED da Efacec Torna se portanto tarefa necess ria para a Operadora da Rede definir as suas pr prias especifica es da Norma CEI 61850 nao so para definir claramente o que se quer dos diferentes fabricantes mas tamb m para melhor avaliar como as solu es s o implementadas A concretiza o desta vis o contudo limitada por v rias quest es como as pr ticas da ind stria a complexidade o custo efic cia a disponibilidade de tecnologia maturidade e aplica o da CEI 61850 portanto um processo que deve ser constru do passo a passo e que vai levar o seu tempo 112 113 E WinSettings 4 j fi R a E a SESEB X ro baal m2 e el Ajuda E E Abrir Salva
177. pontos a seguir algumas particularidades das camadas que preferencialmente devem ser utilizadas no protocolo de comunica es nomeadamente as camadas F sica Liga o e Aplica o Camada Fisica A camada fisica ser respons vel por assegurar a transfer ncia de informa o de um equipamento para todos os outros interligados ao bus A defini o da velocidade de transmiss o dever ser feita tendo como principio que devem ser garantidos os tempos minimos de atua o exigidos para o funcionamento do SPCC devendo o sistema ter a possibilidade de atribuir velocidades diferentes para requisitos funcionais diferentes de acordo com a caracteriza o funcional do sistema As velocidades de comunica o minimas ser o de 10Mbits O meio de transmiss o f sico dever assegurar imunidade a interfer ncias eletromagn ticas segundo as normas CEI 61000 e IEEE C37 90 isolamento galvanico atrav s de acopladores ticos suporte em fibra tica entre outros Camada de Liga o A camada de liga o dever fornecer dois tipos de servi os de transmiss o sendo eles a troca de vari veis identificadas e a transfer ncia de mensagens Estas trocas poder o acontecer ciclicamente ou sob um expl cito pedido do utilizador Os nomes dos objetos e a sua prioridade devem ser estabelecidos quando o sistema configurado Camada de Aplica o Os servi os fornecidos pela camada de liga o e utilizados pela camada de aplica o dever o s
178. que n o transmite uma a o a realizar pelo dispositivo recetor As principais caracter sticas de uma mensagem GOOSE s o apresentadas nos pontos a seguir 28 70 Mapeamento diretamente na camada ethernet usando o cabecalho ethertype com o valor hexadecimal 88 B8 tal como apresentado na Figura 4 10 O referido cabe alho reservado para aplica es da Parte 8 1 da Norma CEI 61850 Esta caracter stica otimiza a descodifica o da mensagem no dispositivo recetor representando menor tempo de tratamento e transfer ncia da mensagem Generic ject Genero sampled Oriented Core Substation Values Substation Time ACSI Status Multicast Event Syne Services Event Ecce e a 4 Bre ee eg ee tee ee ne aa cel i i i i SV GOOSE Timesyne MMS Protocol Suite GSSE SNTP Type 4 Type 1 14 Type E Type 2 3 5 Type 1 14 I a fi na iy i i o E ii E loi i HE Ei E E o FA i uppie TcriP ISO CO GSSE pa Ea i T Profile T Profile T Fro le mo EA F Ie 1 E F gt I50NEC 6802 2 LLC Po ay Li EE ISOVIEC 8802 3 Ethertype is AJEC 8502 3 Use Etheriype value APPID type hexadecimal IERIDESE aa CO IEC G1850 8 1 GSE Management 83 09 oo ec eres607 sanotesvaues eax Jar Figura 4 10 Mapeamento das mensagens GOOSE 29 e Utiliza o do m todo de transmiss o multicast dentro de uma rede LAN onde a mensagem copiada e enviada de um dispositivo Editor para um conjunto especif
179. que cada dispositivo comunique com a respetiva camada de outro dispositivo instalado na mesma rede Atualmente existem implementados nos sistemas de comunica o da Rede Nacional de Distribui o v rios protocolos que definem e permitem a transmiss o de toda a informa o relativa ao sistema el trico em tempo real local e remotamente Os protocolos de comunica es a utilizar na RLC dos SPCC s dever o seguir uma solu o caracterizada por uma alta fiabilidade e performance na transmiss o de dados garantindo uma grande flexibilidade na implementa o de futuros upgrades do SPCC Os protocolos de comunica es devem ser normalizados preferencialmente de acordo com a normaliza o CEI aplic vel desde o nivel f sico at ao n vel de aplica o e a sua escolha deve ser feita tendo em considera o a arquitetura f sica do SPCC e os tempos minimos exigidos no relacionamento interfuncional dos sistemas 12 i Requisitos para uma Rede Local de Comunica o 5 Uma RLC deve cumprir um conjunto de requisitos que garantem o seu bom funcionamento Alguns dos requisitos s o apresentados nos pontos que a seguir se descrevem Performance Para que uma RLC tenha um funcionamento eficiente imperativo que a execu o das diversas fun es seja correta e n o exceda o tempo previsto A performance poder variar de acordo com a distribui o das fun es pelos v rios n veis do SPCC mas ter sempre de ser adequada naturez
180. r Imprimir Copiar Colar Apagar Envia Recebe Exportar E 25 Comparar lqualar Repor Par metro Valor Valorz Nome do IED PSOIL Tipo Comandos DIRECTO SEG NORMAL Timeout Selec o 100 SFG SPE 7 SPG GIo SPO S SPG GIo SPO 9 Sr Treas oe AM Ed ral Figura 6 4 Nos Logicos de um IED de protecao de uma subestacao da Efacec Estas diferen as encontradas entre diferentes fabricantes podem ainda ter mais impacto se o n mero de fabricantes crescer numa mesma instala o Estes aspetos encontram se na atualidade como que barreiras a aplica o pr tica da interoperabilidade e enquanto os fabricantes e a Operadora da Rede n o se unirem e definirem uma uniformiza o destas e outras formata es as mais valias que a Norma CEI 61850 pode trazer para os SAS n o podem ser aproveitadas 49 Existe um elevado esfor o inicial pelo qual os fabricantes e Operadora da Rede devam passar para a implementa o de sistemas totalmente segundo a CEI 61850 o qual considerado como um impedimento para muitos potenciais compradores No entanto a longo prazo o conhecimento do saber e fazer do ingl s Know How ser uma mais valia podendo facilitar os diferentes tipos de tarefas portanto necess rio nesta fase inicial a elabora o de extensos ensaios em laborat rio comissionamento e elabora o de documenta o para apoio futuro 49 Os testes mencionados no Cap tulo 5 s o parte necess ria para a cria o de Know
181. rds Organization Local Area Network Logical Connection Logical Device XiX LN MAC MICS MMS MT OSI PC PCL PD PICS PIXIT PTR RLC RND SAS SAT SCADA SCC SCD SCI SCL SE SEE SNTP SP SPCC SSD STL SW TC TCP IP TPU TT UC UCA URTA XML Logical Node Media Acess Control Model Implementation Conformance Statemente Manufactoring Message Specification Media Tens o Open Systems Interconection Physical Connection Posto de Comando Local Physical Device Protocol Implementacion Conformance Statment Protocol Implementation eXtra Information for Testing Prote o de Terras Resistentes Rede Local de Comunica o Rede Nacional de Distribui o Sistema de Automa o de Subesta o Site Acceptance Tests Supervisory Control and Data Acquisition Sistema de Comando e Controlo Substation Configuration Description Sistema de Controlo Integrado Substation Configuration Language Subesta o de Energia El trica Sistema El trico de Energia Simple Network Time Protocol Sistema de Prote o Sistemas de Prote o Comando e Controlo System Specification Description Sistemas de Telecomunica es Switch Transformador de Corrente Transmission Control Protocol Internet Protocol Terminal Protection Unit Transformador de Tens o Unidade Central Utility Communication Architture Unidade Remota de Telea o e Automa o Extensible Markup Language XX Cap tulo 1 Introdu
182. ribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Fun o de automatismo pesquisa de terras resistentes DEF C13 552 N 2007 Disponivel em http www edpdistribuicao pt gt Profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Especifica o Funcional Acedido em 02 2013 56 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Fun o de Automatismo Deslastre por falta de tens o reposi o por regresso de tens o DEF C13 553 N 2007 Dispon vel em http www edpdistribuicao pt gt Profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Especifica o Funcional Acedido em 02 2013 126 57 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Fun o de automatismo deslastre por minimo de frequ ncia reposi o por normaliza o de frequ ncia DEF C13 554 N 2007 Dispon vel em http www edpdistribuicao pt gt Profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Especifica o Funcional Acedido em 02 2013 58 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Fun o de Automatismo Regula o de Tens o DEF C13 555 N 2007 Disponivel em http www edpdistribuicao pt profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Esp
183. rma IEC 61850 Sistemas e redes de Comunica o nas Subesta es Relat rio de Projecto Semin rio ou Trabalho de Fim de Curso PSTFC Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto FEUP Porto 2006 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Sistemas de Prote o Comando e Controlo Num rico SPCC Caracteristicas e ensaios DMA C13 501 N 2007 Dispon vel em http www edpdistribuicao pt gt profissional gt Projecto tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Materiais e Aparelhos Acedido em 03 2013 EDP Distribui o Energia SA Instala es AT e MT Subesta es de Distribui o Generalidades Sistemas de Prote o Comando e Controlo Num rico SPCC Protocolos de comunica o e sincroniza o de data e hora DEF C13 504 N 2007 Dispon vel em http www edpdistribuicao pt gt Profissional gt Projeto Tipo SE AT MT gt Documenta o Normativa gt Especifica o Funcional Acedido em 02 2013 A Morais Arquitetura de comunica es de Sistemas de Prote o Comando e Controlo da EDP Distribui o Disserta o de Mestrado Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto FEUP Porto 2009 L Moreira Ciclo de Vida dos Sistemas de Prote o Comando e Controlo Estrat gias de Manuten o Versus Investimento Disserta o de Mestrado Faculdade de Engenharia da Univeridade do Porto FEUP Porto 2009
184. ro Regional Ibero Americano de Cigr ERIAC Puerto Iguazu Argentina 2009 20 E M Almeida Norma IEC 61850 Novo Padr o em Automa o de Subesta es Trabalho Fim de Curso Universidade Federal do Cear Fortaleza Brasil 2011 21 International Standard IEC 61850 5 Communication Requirements for Functions and Device Models IEC First edition 2003 22 B Nogueira Protocolo de Comunica o IEC 61850 Trabalho Fim de Curso Universidade Salvador UNIFACS Brasil 2007 23 International Standard IEC 61850 6 Configuration Description Language for Communication in Electrical Substations related to IEDs IEC First edition 2004 24 International Standard IEC 61850 7 2 Basic Communication Structure for Substation and Feeder Equipment Abstract Communication Service Interface ACSI IEC First Edition 2003 25 International Standard IEC 61850 7 4 Basic Communication Structure for Substation and Feeder Equipment Compatible Logical Nodes Classes and Data Classes IEC First Edition 2003 26 International Standard IEC 61850 7 1 Basic Communication Structure fos Substation and Feeder Equipment Principles and Models IEC First edition 2003 27 International Standard IEC 61850 7 3 Basic Communication Structure for Substation and Feeder Equipment Common Data Classes IEC First Edition 2003 28 C Guerrero Uso do RTDS em Testes de
185. s de mensagem baseados no MMS da ISO iii Tipos de Redes Locais de Comunica o de um Sistema de Prote o Comando e Controlo Diferentes topologias das RLC surgiram quando se come aram a integrar equipamentos de diferentes fabricantes entre SE s Cada fabricante elaborou o seu pr prio modelo de RLC Nos pontos que se seguem pretende se apresentar as principais topologias adotadas pela Operadora da Rede diretamente relacionadas e dependentes do fabricante em uso na SE LonWorks 6 A RLC LonWorks ainda utilizada em algumas SE s onde um determinado n mero de IED s esta ligado entre si O protocolo LonWorks adere ao modelo de arquitetura de redes OSI cobrindo as sete camadas um tipo de rede fi vel mas que tem ca do em desuso devido s suas limita es quando comparado com redes do tipo ethernet Nas redes LonWorks cada IED tem uma capacidade pr pria de processamento podendo enviar e receber dados diretamente de outros dispositivos sem a necessidade de haver um controlador central que fa a de intermedi rio entre eles n o havendo tamb m a necessidade de um conhecimento da topologia da rede de comunica o e dos nomes endere os e fun es dos outros equipamentos A informa o transmitida atrav s de pacotes de dados que podem ser recebidos por um ou mais n s Uma rede LonWorks assente em tr s elementos chave 16 17 e Dispositivos nos IED s possuem uma interface f sica que permite a sua lig
186. sacessaxeseccucksetetecssnexs 93 5 8 Ferramentas OMICRON para testes da Norma CEI 61850 18 94 5 9 Ferramentas RTDS Technologies para testes da Norma CEI 61850 15 101 5 10 Comentarios FINAIS supsadal a na des EG rei RR rd o a ES a aa eE 104 Capitulo O cassaiasnasin isa nema ai E E a ie a 105 Avalia o do Impacto da CEI 61850 na Operadora da Rede de Distribui o 105 Owl NUOJ CIO coren e sob E SRS RI Ends RO ar E red a Rad UA ui 105 6 2 Ferramentas de Engenharia 46 cscccsccccccccccescccseccceesccessccesescceessceeescs 105 6 3 Diferentes Vis es da Norma CEI 61850 c ceeee errada 109 6 4 Dificuldades na Integra o entre Dispositivos de diferentes fabricantes 115 6 5 Comentarios FINAIS maes ins es n aaa ia Sl aa USD a id aa ed 117 CADIQUTO 7 acssssani ainda cu a sis ss DLC Eat assa Ina Eni Sa sds e pass Ras acess Curtas ice s ata 119 Conclisoes e Trabalhos FULUOS ticiiccvtiecedeudiecececitexaveddbecededtiusedeudddecetodiiusedersdexeuediies 119 fo CONC USOE S aeris beira debe i denied bd oncinha dE di pib bed edt di pcb ad 119 7 2 Poss veis Trabalhos Futuros sussa is E E a e 120 Relo renea S ssa asia US ER e RS a OU wa clo a aa 121 ANEXO A usas a a a DD SA AD DP 127 Fun es de Automati MO erer aspas ses id a as A Sa id ai a dai add 127 ANEXO B oarra DE a Da da a A O Pa a Pa 128 Resumo das fun es de Prote o e AUTOMA
187. simulador com o exterior permite o uso de enumeras entradas e sa das anal gicas ou digitais representadas na Figura 3 9 sem afetar de modo algum o tr fego de informa o Esta estrutura de entradas saidas bastante modular permitindo uma interconex o flexivel e segura Um conjunto de sa das anal gico de baixo nivel 10 Vpico que podem ligar diretamente ao dispositivo a testar ou como mais frequente via amplificadores de pot ncia que permitem elevar os valores de tens o e corrente do simulador para valores secund rios dos rel s normalmente valores nominais de 110V para tens es e de 1 ou 5A para as correntes que s o proporcionais aos valores instant neos do sinal a ser representado Existe ainda a possibilidade de acesso por ethernet fornecendo a capacidade de v rias pessoas executarem v rias simula es em simult neo ou para uma nica pessoa realizar uma simula o em grande escala com todo o equipamento Figura 3 9 Painel de entradas saidas digitais de baixa tens o esquerda e painel de saidas digitais de alta tens o 250 Vcc direita 15 O hardware modular do simulador RTDS permite que sistemas de diferentes tamanhos possam ser testados pela adi o de unidades Racks ao simulador conforme as necessidades Por exemplo para a simula o de um sistema de elevada dimens o este deve ser dividido em subsistemas os quais ser o resolvidos por diferentes Racks Cada Rack inclui cart es de comunic
188. sso o CMC 850 oferece v rias fun es incorporadas as quais s o acess veis atraves de uma interface Web utilizando simplesmente um navegador Web comum Uma vez que a sincroniza o de tempo na maioria das vezes necess ria durante o teste como por exemplo a gera o de SV sincronizados a unidade de interface CMIRIG B para sincroniza o de tempo da OMICRON fornecida juntamente com o CMC 850 ainda fornecido um conjunto de software IEDScout m dulo de configura o GOOSE m dulo de configura o SV QuickCMC State Sequencer e OMICRON Control Center que comp e assim o designado Pacote CMC 850 tornando o equipamento pronto a usar para testes de sincroniza o com GOOSE e SV A unidade CMC 850 leve e pequena uma vez que centrada para aplica es com CEI 61850 tornando as entradas saidas bin rias e amplificadores para sinais secund rios desnecess rios Uma vez que a Operadora da Rede de Distribui o n o possui nenhuma mala compativel com os ensaios de verifica o da Norma CEI 61850 este equipamento torna se uma boa alternativa a uma nova mala de ensaios completa visto o seu mais baixo custo de aquisi o em rela o a uma mala de ensaios completa O equipamento CMC 850 est representado na Figura 5 14 OMICRON nt terface Alimenta o de 48 Vcc Interface para CMIRIG B Saidas de baixo nivel 1 6 Sa das de baixo nivel 7 12 2 Interfaces Ethernet para conex o ao PC
189. sta no nivel da Esta o computador da SE ou noutro ponto qualquer ponto de controlo remoto Os dados podem ser solicitados pelo Cliente ou automaticamente a partir de eventos pr definidos O modo de comunica o vertical utiliza IP e as camadas do Modelo OSI tendo a vantagem de possuir um desempenho determin stico mas pelo contr rio relativamente lento com tempo de resposta da ordem de 1 a 2 5 4 9 2 Comunica es Horizontais 19 A comunica o horizontal realizada entre o mesmo nivel da SE por exemplo entre o nivel dos IED s sendo caracterizado pelo modo Editor Subscritor do ingl s Publisher Subscriber onde as informa es s o distribuidas pela rede de forma unicast multicast ou broadcast isto as mensagens podem ser recebidas por um nico v rios ou todos IED s Subscritores respetivamente sendo que estes podem utiliz la ou n o conforme a necessidade As mensagens trocadas na comunica o horizontal n o necessitam de sinais de confirma o de entrega sendo repetidas v rias vezes para aumentar a redund ncia e a seguran a de entrega O servi o que permite a retransmiss o das mensagens denominado de SCSM do ingl s Specific Communication Service Mapping o qual permite que cada mensagem da retransmiss o carregue consigo um par metro denominado Tempo Permitido para Viver do ingl s Time Allowed To Live informando ao recetor o tempo maximo de 66 67 espera para a pr xima re
190. ste CB Simulation Simula os contactos auxiliares do disjuntor durante o teste Polarity Checker Verifica o da correta fia o AuxDC Ajuste da fonte DC auxiliar da mala de ensaio l Determina magnitude fase e frequ ncia por defini o de pulsos de Pulse Ramping rampas Overcurrent Char bi Extrai a caracter stica de sobrecorrente tempo inverso do manual Grabber 46 Distance Differential Autoreclosure Advanced Distance VI Starting Advanced Differential Annunciation Checker Synchronizer Transient Ground Fault Advanced TransPlay Meter Transducer Control Center Software adicional NetSim EnerLyzer TransView PQ Signal Generator 4 Definir e executar testes de rel s de dist ncia pela avalia o dos elementos de imped ncia usando as defini es de disparo simples no plano Z com visualiza o gr fica da caracter stica Teste monof sico da caracteristica de opera o e bloqueio de inrush de rel s diferenciais de transformadores linhas geradores e barras Teste da fun o de religamento autom tico em rel s de prote o Avalia o da imped ncia usando o modo de teste autom tico Teste da fun o de arranque com tens o dependente de sobrecorrente de rel s de dist ncia Teste trif sico de rel s diferenciais Verifica o da correta fia o de dispositivos de prote o Teste autom tico de dispositivos de sincroniza o e rel s de sincronismo simulan
191. stes ltimos Por fim foi discutido o estado atual das Subesta es CEI 61850 e alguns poss veis trabalhos a desenvolver para que a Operadora da Rede de Distribui o consiga obter o m ximo de benef cios poss veis com a implementa o da Norma CEI 61850 120 7 2 Poss veis Trabalhos Futuros Como possiveis trabalhos futuros prop e se a realiza o de uma an lise que visa avaliar o impacto econ mico da implementa o da Norma CEI 61850 nas Subesta es quer sejam construidas de origem quer sejam remodela es ou expans es Prop e se tamb m a aplica o do teste de interoperabilidade em conjunto com dois diferentes fabricantes de modo a serem combatidas as barreiras e limita es identificadas neste trabalho relativas a interoperabilidade Prop e se tamb m o estudo e avalia o do esfor o empregado na configura o da comunica o e experimenta o pr tica da chamada do ingl s interchangeability que visa substituir um IED de um fabricante A por um IED de um fabricante B funcionalmente equivalentes numa Subesta o em opera o sem que haja a necessidade de altera es noutros elementos do sistema No mesmo seguimento prop e se o estudo de outras partes da Norma CEI 61850 uma vez que este trabalho retrata apenas a comunica o local nas Subesta es O estudo respeitante a implementa o do barramento de processo Parte 9 2 da CEI 61850 e mais recentemente a introdu o da Parte 90 1 da C
192. t Sampled Values Configuration Module Acedido em 04 2013 43 OMICRON CMC 850 The Protection Test Set Dedicated to IEC 61850 02 2013 Disponivel em http www omicron at gt support gt literature videos gt literature gt english gt CMC 850 Brochure Acedido em 04 2013 44 P Forsyth e R Kuffel Utility applications of a RTDS Simulator em The 8 International Power Engineering Conference IPEC 2007 45 B Muschlitz IEC 61850 Conformance Testing Goals Issues and Status em DistribuTech Conference amp Exhibition Tampa Florida 2006 46 D Martins Implementa o do Projeto Tipo da EDP para Automa o de Subesta es segundo a norma IEC 61850 Configura o de IED s de dois fabricantes para paineis de saida MT Disserta o de Mestrado Instituto Superior T cnico IST Lisboa 2010 124 125 47 K Schwarz Impact of IEC 61850 on System Engineering Tools People Ware and the Role of the System Integrator em DistribuTech Conference amp Exhibition San Diego Calif rnia 2007 48 S Tarlochan K Mitalkumar e P Palak Configuration and Performance Testing of IEC 61850 GOOSE em The International Conference on Advanced Power System Automation and Protection APAP Beijing China 2011 49 G Senfter IEC61850 Is it worth the trouble em 19 International Conference on Electricity Distribution CIRED Viena Austria 2007 50 L Fabi
193. ta de Mapeamento Analisador de Mensagens GOOSE IEC61850 la g Figura 5 6 Sistema para teste de Interoperabilidade de v rios IED s 36 Os IED s futuros ou aqueles que n o estiverem disponiveis por ocasi o do teste podem ser simulados por uma ferramenta computacional adequada 36 A fun o de oscilografia dos IED s de prote o deve ser tornada operacional logo no in cio dos testes pois poder ser um elemento de aux lio na an lise do tempo de opera o de cada unidade dos rel s Um conjunto de IED s interligados a uma rede LAN juntamente com um simulador de mensagens GOOSE analisador de protocolo IHM armazenamento captura e visualiza o dos dados de teste al m de uma fonte de controlo e geradora dos sinais anal gicos constituem o sistema de teste de interoperabilidade O equipamento de GPS do ingl s Global Position System embora n o mostrado tamb m faz parte do conjunto 36 Mesmo considerando que todos os IED s que comp em um SAS foram aprovados nos testes de conformidade da responsabilidade do fabricante poder o ocorrer diferen as entre IED s que ir o dificultar os testes de interoperabilidade Lembrar que a realiza o dos testes funcionais e de interoperabilidade no ambiente controlado de um laborat rio muito superior a procura de defeitos e a sua corre o no campo No laborat rio os testes s o feitos passo a passo e disp e se de ferramentas computacionais de an lise que facil
194. tamb m n o substitui os ensaios FAT e SAT Para cada um dos pontos identificados a Norma CEI 61850 Parte 10 33 especifica qual o procedimento de teste e aquilo que deve ser verificado atribuindo a cada ponto uma refer ncia Esta refer ncia utilizada para preenchimento de um documento que identifica e especifica o teste realizado O documento tem um formato espec fico como descrito na Figura 5 3 Este documento pode ser utilizado como um relat rio de ensaio No Anexo F apresentado a t tulo de exemplo um relat rio de um ensaio A lista de procedimentos de ensaios n o ser aqui apresentada por ser muito extensa podendo ser encontrada em 33 Pode ainda encontrar se em 35 um estudo pr tico de simula o realizado com o intuito de percorrer todos os pontos a testar segundo a Norma CEI 61850 A edi o 2 da Parte 10 da CEI 61850 inclui tamb m as verifica es a efetuar as ferramentas de configura o dos IED s de cada fabricante e as ferramentas de configura o do sistema Estes testes s o maioritariamente dedicados verifica o de leitura importa o e exporta o dos ficheiros em SCL O formato de teste id ntico ao apresentado na Figura 5 3 Ainda na Norma CEI 61850 Parte 10 definido o crit rio de aprova o para cada teste atribuindo a classifica o de tr s veredictos possiveis 33 i Aprovado Passed quando o dispositivo sob teste cumpre claramente o especificado dentro do contexto do
195. te o tempo de testes efetuados aos SPCC s analisando estes como um todo e n o individualmente sendo portanto um dos meios mais completos para testes aos dispositivos f sicos 7 Para a simula o em circuito fechado o equipamento a utilizar deve ser um simulador em tempo real como o RTDS Real Time Digital Simulator 15 o qual vem sendo exponencialmente utilizado pelas empresas do setor energ tico a n vel mundial A grande vantagem desta ferramenta de simula o a capacidade de recolha e an lise da resposta do equipamento de prote o em teste afetando esta diretamente a simula o realizada como por exemplo ordem de corte por parte do rel aos disjuntores da SE obtendo se uma simula o em tempo real assemelhando se assim ao desempenho real do dispositivo em teste O princ pio de funcionamento do ensaio em circuito fechado passa em primeiro lugar pela simula o das tens es nos barramentos e as correntes nas linhas pelo equipamento RTDS as quais s o enviadas ao amplificador de sinais onde s o elevados os sinais de corrente e tens o aos valores operacionais requeridos pelo rel de prote o De seguida o rel de prote o comporta se como se estivesse a operar num Sistema El trico de Energia Real enviando a sua resposta para o RTDS Este processo repete se v rias vezes e reage consoante a informa o dada pelo rel 15 A Figura 3 2 identifica de forma esquem tica o principio de funcionamento descrito para
196. te proceder se sua simula o A rede de comunica o possibilita atrav s de comunica o bidirecional que os resultados das simula es sejam mostrados no ecr e em tempo real possibilitando a visualiza o da evolu o das grandezas de modo cont nuo atrav s de gr ficos por exemplo possibilitando ainda interagir com o sistema em simula o como fechar ou abrir disjuntores ou mesmo simulando defeitos na rede verificando se assim o comportamento do sistema a diferentes estados defeitos ao qual est exposto no mundo real 7 o RUNTIME 3 000 ollow Create Script Breakpoint Tools Diagnostics Composite Script Signal Case Heip cap L wag p gna a Basso aS pG R 8 00 9 090 MO i A o O gt A i ma h ar TE 4 o I VV r cme MIA ist mI A L 200 y A a 7 T tl Y T F of A A A A ATA f ou V 7 i y y 7 V V Yi j V 6 ji J W N ADO n _ on 5 0 0 0330 o 008 04 0 13333 10007 62 O 003333 e 0006 0 1 01939 D 16867 03 INFORMATIONAL completed the run a PNFORMATIONAL completed the run J Figura 3 13 Ambiente gr fico do m dulo RunTime em tempo real 15 3 File Manager Com o m dulo File Manager poss vel a organiza o e partilha de projetos de simula o permitindo o acesso a qualquer caso de simula o que se encontre na mesma rede local por
197. tituem estes sistemas impostos por normas especificas Este documento refere e Condi es gerais de funcionamento como condi es ambientais clim ticas mec nicas de compatibilidade eletromagn tica e condi es de alimenta o e Caracteristicas de conce o e constru o constitui o e caracteristicas dimensionais e Marcacoes e embalagens e Ensaio onde se especifica a caracteriza o do equipamento para a realiza o dos ensaios dieletricos e de imunidade especifica es para execu o de ensaios ensaios Tipo e ensaios S rie Existe ainda documenta o referente a ensaios de funcionamento e verifica es gerais realizados pela Operadora da Rede com o intuito de verificar o correto funcionamento da SE em geral 12 onde s o realizadas e Verifica es Gerais nomeadamente no que se refere a Condi es de seguran a Condi es de instala o Montagem da aparelhagem Montagem dos circuitos de pot ncia AT e MT e Circuitos de terra e Ensaios e verifica es finais de aparelhagem AT e MT em particular aos Disjuntores AT e MT Seccionadores AT e Transformadores de Pot ncia AT MT e Ensaios de funcionamento nomeadamente ensaios mec nicos e el tricos e Verifica o do equipamento de seguran a e apoio Os documentos normativos editados pela Operadora da Rede especificam ainda que as caracteristicas dos equipamentos unidades constituintes dos SPCC s devem ser confirmadas atrav s da realiza
198. tos v m equipados com suporte para protocolos propriet rios tal como j acontecia na rede LonWorks um exemplo disso o protocolo CEI 60870 5 104 Desta forma cada fabricante podia desenvolver os seus pr prios m dulos e protocolos de comunica o n o existindo nenhuma uniformiza o registando se incompatibilidades em v rias camadas de protocolos quer a n vel f sico quer a n vel da forma como a informa o endere ada Sempre que seja necess rio utilizar um equipamento de um fabricante diferente da estrutura implementada utilizado semelhan a da rede LonWorks outro protocolo neste caso o CEI 60870 5 103 Este protocolo visa quebrar barreiras de interoperabilidade entre os v rios dispositivos Na Figura 2 6 a titulo de exemplo est representada uma RLC que utiliza o protocolo CEI 60870 5 104 como base O funcionamento de dois SPCC s de diferentes fabricantes isolado devido incompatibilidade de protocolos e equipamentos n o permitindo estabelecer qualquer liga o entre eles devendo a UC possuir a capacidade de comunica o com distintos protocolos 22 Centro de q QI GPS Sat lite AN Ethernet SW 2 Fibra tica SW 3 R R Do Rs qui _ _ A pi stamp Sino l oooo 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 EFACEC ABB EFACEC EFACEC EFACEC EFACEC EFACEC EFACEC j
199. transmiss o Caso uma nova mensagem n o seja recebida nesse intervalo de tempo o recetor entender que a conex o foi encerrada O modo de transmiss o de mensagens horizontal ao contr rio do modo vertical n o depende das camadas do Modelo OSI tendo um tempo de comunica o nao deterministico mas bastante r pido com tempos de transmiss o da ordem de 4 a 8 ms 4 10 Tipos de Mensagens 21 A Norma CEI 61850 indica sete diferentes n veis para as mensagens trocadas no SAS sendo estas divididas segundo uma ordem de import ncia para o sistema Segundo a velocidade de transmiss o e a import ncia das mensagens estas podem ser divididas em 19 e Mensagens de Alta Velocidade Trip como abertura de um disjuntor e controlos e Mensagens de Media Velocidade Informa es de medidas estados e comandos e Mensagens de Baixa Velocidade Par metros eventos e transfer ncia de arquivos As mensagens de Alta Velocidade tomam o nome de GSE do ingl s Generic Substation Events que por sua vez s o classificadas em GOOSE do ingl s Generic Object Oriented Substation Event ou GSSE do ingl s Generic Substation Status Event A diferen a entre GOOSE e GSSE reside no facto de que as mensagens GOOSE utilizam um conjunto de dados do ingl s data set onde a informa o configur vel enquanto as mensagens GSSE suportam apenas uma estrutura fixa de informa es de estado publicada e disponibilizada na rede 19 Na Parte 5 da CEI
200. tribui o nome de SSD do ingl s System Specificacion Description O fabricante de cada IED fornece juntamente com cada dispositivo um arquivo que cont m as suas caracteristicas e funcionalidades que toma o nome de ICD do ingl s IED Capability Description 23 Depois de configurados para um projeto espec fico os arquivos ICD de cada IED torna se o arquivo CID do ingl s Configured IED Description incluindo todas as configura es para a publica o e subscri o de mensagens GOOSE e informa o espec fica de configura o do IED incluindo o endere o do IED e informa o dos LN s 72 Os arquivos ICD de todos os IED s devidamente configurados para o trabalho de engenharia designado ou simplesmente os arquivos CID juntamente com o arquivo SSD compoem o arquivo SCD do ingl s Substation Configuration Description 23 O arquivo SCD deve ser guardado para consulta dos respons veis pela manuten o de futuras expans es pois este arquivo que cont m digitalmente os diagramas esquem ticos e a l gica de uma SE 20 De forma resumida s o apresentados na Tabela 4 3 os diferentes tipos de arquivos SCL de um SAS Tabela 4 3 Arquivos descritos em SCL Tipo de ficheiro extens o Conte do Descri o XML das capacidades e pr configura es dos ICD IED Capability Description IED s tal como produzido pelo fabricante Descricao XML dos dados de toda a SE como esquema SSD System Specification unifil
201. u o de SE s muitos sao os aspetos que permanecem relativamente aos ensaios atuais Contudo a verifica o da Norma CEI 61850 deve contemplar ensaios especificos os quais nunca foram aplicados em sistemas anteriores Os pontos que a seguir se discutem passam pela identifica o desses mesmos ensaios 5 3 Testes de Conformidade A Norma CEI 61850 na sua Parte 10 33 estabelece os requisitos e fornece uma orienta o para os testes de conformidade a serem realizados num IED O objetivo dos testes de conformidade passa por assegurar que um determinado IED fabricado segundo a Norma CEI 61850 obedece aos requisitos de comunica o definidos pela mesma como a correta execu o do seu modelo e servi o de dados conforme sec es 4 6 e 4 8 respetivamente e atender aos demais requisitos da Norma 34 Os testes de conformidade pertencem aos ensaios Tipo sec o 3 2 1 os quais s o da responsabilidade do fabricante do equipamento Uma vez tratarem se de uma verifica o especifica dos requisitos de comunica o os testes de conformidade devem ser realizados e acreditados por uma organiza o independente em laborat rios externos especializados tal como o KEMA devendo o certificado de 80 81 conformidade ser fornecido juntamento com o IED Note se que a Parte 10 da Norma CEI 61850 n o especifica quais as Entidades de Conformidade mas salienta se que essas Entidades s o qualificadas pela UCA International Users Group 34 ta
202. ubesta o de Distribui o Atual Cap tulo 2 Subesta o Tipo Alta M dia Tens o Neste primeiro cap tulo t cnico ser o introduzidos os aspetos mais relevantes de uma Subesta o de Energia El trica S o discutidas quest es como os equipamentos constituintes de um Sistema de Prote o Comando e Controlo os diferentes n veis e a forma como eles se interligam e ainda as suas principais fun es 2 1 Notas Introdut rias a Subesta o Tipo Alta M dia Tens o Uma Subesta o de Energia El trica SE uma instala o que inclui um conjunto de equipamentos el tricos de Alta Tens o AT e M dia Tens o MT no caso de uma SE AT MT aqui retratada Estes dois conjuntos de equipamentos interligados permitem a manobra e reconfigura o da rede disjuntores e seccionadores a interconex o barramentos a transforma o e leitura de grandezas el tricas transformadores de tens o e corrente a regula o e a compensa o bobinas e condensadores e elementos de prote o para raios circuito de terras 1 Os equipamentos s o utilizados com a finalidade de direcionar controlar e monitorizar o fluxo de energia num Sistema El trico de Pot ncia garantindo uma explora o segura com qualidade e continuidade de servi o adequados A SE AT MT da rede de distribui o uma instala o mista Existe aparelhagem de montagem exterior onde se incluem os pain is de AT e os equipamentos complementares de MT conforme
203. ue hoje em dia se enfrentam nesta mudan a de paradigma e quais os caminhos que devem ser tomados para uma sofistica o positiva das SE s e das equipas de comissionamento e manuten o Este assunto ser descrito com maior pormenor no Cap tulo 6 Contudo ficam no ponto a seguir algumas vantagens da utiliza o do RTDS em testes segundo a Norma CEI 61850 104 5 9 1 Vantagens de se utilizar um Simulador Digital em Tempo Real A primeira vantagem apresentada em 28 a nova proposta de interface ao nivel de processo conforme a CEI 61850 Parte 9 2 Neste caso o RTDS atrav s de um novo cart o de comunica o o GTNET permite fornecer diretamente os SV das tens es e correntes requeridas pelo rel durante os testes Deste modo os dispositivos amplificadores e a fia o tipicamente associada ao esquema convencional de teste s o totalmente substitu dos por um nico fio de comunica o entre o rel e o referido cart o A segunda vantagem est relacionada com a nova proposta de interface ao n vel do barramento de esta o conforme a CEI 61850 Parte 8 1 Aqui atrav s do mesmo cart o GTNET o RTDS prop e uma comunica o ponto a ponto com os dispositivos sob teste empregando as mensagens GOOSE Nesta situa o tem se um nico fio de comunica o substituindo a fia o tipicamente associada aos sinais bin rios dos esquemas convencionais de teste 5 10 Coment rios Finais A introdu o da Norma CEI 61850 representa
204. uerendo interven o imediata A manuten o corretiva destina se a reparar avarias aquando da sua ocorr ncia sem que surja um aviso pr vio n o havendo oportunidade de intervir antecipadamente e evitar a avaria O planeamento da manuten o corretiva consiste na gest o de componentes ou equipamentos de substitui o no sentido de colmatar as avarias implicando elevados custos com equipamentos de reserva de trabalhos extra e de elevados tempos de interrup o 3 4 Ensaios atuais na Operadora da Rede de Distribui o de Energia El trica Atualmente a Operadora da Rede de Distribui o de Energia El trica portuguesa especialmente no que respeita as SE s elaborou um conjunto de documentos que visam a uniformiza o das caracteristicas e ensaios aplic veis aos SPCC s Um conjunto desses documentos disponivel em 14 tem por finalidade estabelecer os procedimentos de ensaios necess rios verifica o do correto funcionamento dos SPCC s de uma SE AT MT Tipo aquando da sua entrada em servi o estando portanto inseridos nos ensaios SAT mencionados nomeadamente no que se refere a 38 e Modos de funcionamento e encravamento e Prote es e Automatismos e Gest o da informa o e Interface Humano M quina IHM Existe ainda um documento que se destina a estabelecer as caracter sticas e ensaios aplic veis exclusivamente aos SPCC s instalados em SE s 4 onde se referem os requisitos dos equipamentos que cons
205. ula o de rede RM Transducer IEC 61850 Ea Configura o do DJ Control Center E Abrir um documento de teste existente cy Abrir Protection Testing Library C Abrir Modelo Gen rico O Novo Documento de Teste Administra o de Teste Ferramentas de Teste NE TransPlay amp EnerLyzer RS Transview E Harmonics 68 Binary O Monitor jg Polarity Checker 8 OIC Characteristics Grabber d AuxDC Setup Associa o de Equipamentos de Ajustes do sistema Gerenciador de Licen a e Sele o de idioma Suporte Q Manuais Ajuda Dicas amp Truques 2 Contatos OMICRON Assist Diagnose amp Calibra o O que h de Novo Usu rio Figura 3 7 Interface principal do software Test Universe da OMICRON 18 O software constituido por um conjunto de m dulos de teste como visivel na Figura 3 7 orientados as fun o que se pretendem ensaiar tal como fun es de prote o automatismo ou telecomunica es sendo que estas podem ser alvo de uma escolha personalizada tendo em conta as necessidades do cliente Alguns destes m dulos s o descritos com algum pormenor nos pontos que se seguem no entanto em 18 esta dispon vel de forma completa toda a informa o acerca do software 1 QuickCMC O m dulo de ensaio QuickCMC mostrado na Figura 3 8 o mais simples r pido e intuitivo Atendendo sua flexibilidade permite executar v rios tipos de ensaios desde
206. um diagrama fasorial e numa tabela de medi o 98 99 SS cout Crees charnel dif amplr Time ps Faw i Cursor 1 a il 5 570913 H OMICRON MCSE SM DM cusor3 c 000 5 570513 1 OHICADM DADE SM u Dill C201 g 0 000 g w DAA a OMICRON CMC 26 5 Enews 3 Matar EE Y nks W LA OMICRON CHCZEE 541 D Enas J Marker ice BH Mir On n E 4 Show makar Snap cursos to samples 4 Shon cursors Elsored Time Sal pac Figura 5 12 Interface da aplica o SVScout com valores de tens o e corrente amostrados 18 A Figura 5 13 mostra o esquema geral de ensaio que utiliza todas as ferramentas descritas atr s dedicadas para os equipamentos da OMICRON numa SE implementada segundo o protocolo CEI 61850 ii E ESRERFE SVScout O Esso El EE EE GOOSE Valores Amostrados Rede da Subesta o Disjuntor IED Disjuntor Merging Unit Be Sistema de Pot ncia El trico Figura 5 13 Modelo geral de teste segundo CEI 61850 utilizando as ferramentas OMICRON 18 5 8 5 CMC 850 Sistema de Teste CEI 61850 46 O CMC 850 o primeiro sistema de teste de prote o do mundo dedicado a Norma CEI 61850 43 Este centra se nos m todos de comunica o em tempo real GOOSE e SV para realizar a interface com os dispositivos sob teste O conjunto de testes controlado pelo 100 software OMICRON Test Universe j descrito na sec o 3 6 1 v Al m di
207. um novo est gio tecnol gico para os sistemas de prote o e automa o de SE s alterando a forma de conceber especificar acompanhar a fabrica o testar operar e manter estes sistemas Tal situa o requer que as empresas que pretendem usufruir dos beneficios que esta tecnologia oferece iniciem de forma insistente e profissional o treino das suas equipas t cnicas Al m dos testes de conformidade de cada IED espec fico os testes do SAS completo incluindo IED s de diferentes fabricantes interligados por uma RLC deve ser realizado em laborat rio de modo a identificar e corrigir poss veis problemas tornando mais r pida a fase de testes de campo e o inicio da opera o do SAS Tendo em vista a import ncia e complexidade do assunto os autores chamam a aten o para a necessidade de prepara o adequada dos t cnicos e engenheiros que estar o envolvidos com as reas de prote o comando controlo automa o comunica o e sistemas de computa o de SE s para que a Norma CEI 61850 possa ser mais rapidamente assimilada e utilizada nas diversas aplica es O treino deve focar se em assuntos como os Fundamentos da Norma CEI 61850 Redes LAN Configura o do Sistema Ferramentas de Engenharia Testes Funcionais e de Interoperabilidade entre outros Os testes pr ticos servem para a verifica o de dois resultados i verifica o da correta atua o da fun o de prote o e ii para a monitoriza o de dados gerados
208. un es auxiliares como comando e controlo e a sua capacidade de comunica o com os restantes equipamentos Com o desenvolvimento dos SAS segundo o novo paradigma de comunica o definido pela Norma CEI 61850 novos ensaios e m todos de ensaio devem ser adotados A fun o desses ensaios verificar que um determinado sistema satisfaz todos os requisitos impostos pela Norma CEI 61850 nomeadamente no que respeita interoperabilidade entre os diversos equipamentos que constituem o SAS A execu o de tais ensaios requer a utiliza o de ferramentas apropriadas as quais devem estar preparadas para avaliar os componentes 78 individuais do SAS bem como o desempenho da operacao conjunta das diferentes funcionalidades do SAS O uso da linguagem universal de Configuracao de Subestacoes SCL do ingl s Substation Configuration Language descrita na sec o 4 12 conforme a CEI 61850 Parte 6 23 permite o desenvolvimento de novas ferramentas computacionais e a adapta o de outras j existentes facilitando e automatizando a realiza o dos ensaios Mais do que saber as grandes vantagens caracteristicas e modos de funcionamento da Norma CEI 61850 necess rio mostrar e verificar os seus benef cios com a sua parte pr tica Com a elabora o do presente capitulo obt m se resposta a v rias quest es tais como e necess rio testar a ader ncia Norma CEI 61850 Quando Nos testes de campo SAT do ingl s Site Accepta
209. urada de forma redundante de modo que a 12 13 ocorr ncia de uma nica falha n o coloque em risco o funcionamento correto do restante sistema existindo para isso dois tipos de redund ncia e Redund ncia din mica em que o elemento que garante a redund ncia funcional da rede est normalmente desativado s entrando em funcionamento em caso de falha e Redund ncia est tica na qual o elemento principal e redundante est on line escolhendo o sistema em caso de avaria aquele que n o apresentar erros De forma a garantir a fiabilidade e a continuidade em caso de avaria nas redes de comunica o s o utilizados protocolos de rvores de abrang ncia como Spanning Tree Protocol STP Rapid Spanning Tree Protocol RSTP e Multiple Spanning Tree Protocol MSTP Estes protocolos permitem uma reconfigura o da rede em caso de falha de algum componente ou liga o A utiliza o de redes de comunica o em duplo anel bem como a utiliza o de sub redes de dados dentro da LAN s o fatores fundamentais para garantir o aumento da fiabilidade e redund ncia nas redes locais de dados das SE s Seguran a nas Redes Locais de Comunica o Torna se imperativo garantir a seguran a de qualquer RLC tanto a n vel de poss veis erros bem como restringindo o acesso apenas a entidades devidamente autorizadas sendo esta uma rea cada vez mais importante nas redes de distribui o de energia el trica pois o seu bom
210. uturo 7 1 Conclus es Com a realiza o deste trabalho de disserta o foi possivel identificar os principais ensaios necess rios para verifica o da Norma CEI 61850 e as novas metodologias introduzidas pela mesma assim como a necessidade de novos e adequados equipamentos de teste Com isto foi possivel identificar as principais altera es em termos de ensaios introduzidas pela CEI 61850 sendo atingido o objetivo principal de avaliar o impacto da Norma CEI 61850 em termos de comissionamento e testes de funcionamento Esta avalia o foi conseguida ap s terem sido identificados os ensaios realizados atualmente assim como os equipamentos de teste existentes na Operadora da Rede de Distribui o Verificou se que para o cumprimento das metas estabelecidas pela CEI 61850 necess rio um entendimento entre os diferentes fabricantes de equipamentos e as empresas cliente Al m disso a aplica o conjunta entre as entidades referidas deve ser consumada atraves de testes de funcionamento em laborat rios e a constru o projetos piloto So desta forma sera criado conhecimento suficiente para que se ganhe a confian a necess ria para uma aplica o generalizada e normalizada da Norma CEI 61850 Foi ainda identificada a necessidade de adquirir novos equipamentos de teste dedicados verifica o da conformidade da CEI 61850 assim como a possibilidade de utilizar os equipamentos de ensaio existentes atualmente e poss veis adapta es a e
211. ve para muitas aplica es em dispositivos segundo CEI 61850 entre as quais i Testes ii Resolu o de problemas iii Comissionamento iv Desenvolvimento e programa o de IED s Nos pontos que se seguem s o apresentados os principais beneficios fornecidos pelo EDScout e Fornece acesso aos IED s compativeis com a CEI 61850 de qualquer fornecedor e Pode ser usado mesmo que falte informa o da configura o ou estar incompleta e Suporta situa es de teste n o planeadas ou improvisadas especialmente durante o comissionamento e localiza o de defeitos e Deteta mensagens GOOSE na rede permitindo a sua monitoriza o grava o do tr fego e simula o de mensagens GOOSE e Fornece a funcionalidade de cliente para programadores de IED s segundo a Norma CEI 61850 servidores e Permite a cria o de arquivos SCL para dispositivos sem ferramentas de engenharia adicionais 96 IEDScout File Actions Options Help 3 Open SCL fd Save SCL q Discover sf Check Model Simulations G Subscriptions ED Messages T Configure Sci P2175 P217 SMT BLicd lt Address 10 214 14 117 Te Data LD P2175L G GOOSE E P2175LD LLN0 GO Publishi RP Unbuffered Reports Gj P217SLD LLNO RP URCB_AO1 RP Buffered Reports Gj P217SLD LLNO BR BRCB_AO1 G P217SLD LLNO BR BRCB_BO1 19 P217SLD LLNO BR BRCB_CO1 19 P217SLD LLNO BR BRCB_DO1 DS Datasets M P217SLD LLNO DSforbrebA Q P217SLD LLNO DSforbrcbe M P217SLD LLNO
212. xao com o computador permitindo uma significativa taxa de transfer ncia Alguns dos modelos da mala de ensaios OMICRON possuem ainda uma porta ethernet que permite uma transfer ncia mais r pida e eficaz Quando o programa iniciado realiza automaticamente uma busca pela interface no computador Figura 3 6 Porta paralela 17 44 v Software OMICRON Test Universe 18 Para se poder operar com a mala de teste s o necess rios alguns equipamentos para o seu bom funcionamento com outros dispositivos nomeadamente o cabo de alimenta o o cabo de conex o mala lt gt computador cabo de conex o mala lt gt equipamento de teste e ainda um computador com software de teste instalado e uma porta paralela ou ethernet a qual permite conectar a mala ao computador O software de utiliza o deste produto designado de Test Universe desenvolvido pela OMICRON o qual possibilita a interface entre o operador e a mala de ensaios atrav s deste software que se parametrizam as configura es de hardware e a partir dos quais se desenvolve a cria o do modelo de ensaio necess rio ES 7 OMICRON Start Page OMICRON TEST UNIVERSE v2 0 sz Get Support CustomerArea www omicron at www omicronusa com M dulos de Teste s QuickCMC Ramping ti State Sequencer INE Advanced TransPlay be Overcurrent Distancia HE Autoreciosure Differential Synchronizer R Annunciation Checker Sim
213. xecu o de uma sequ ncia de ate cinco segmentos consecutivos de rampa 4 Overcurrent O m dulo de teste Overcurrent disponibiliza a curva caracteristica de atua o da fun o de prote o em fun o do tempo de disparo parametrizado para defeitos fase fase fase terra sequ ncia zero e sequ ncia negativa disponibilizado o disparo em v rios pontos do diagrama de atua o e o tempo de disparo destes avaliado conforme a toler ncia pr definida para a fun o que est a ser testada sendo os dados agregados numa tabela de pontos de teste O m dulo de ensaio Overcurrent foi utilizado na defini o da caracter stica de atua o para os defeitos de Maximo Intensidade de Fase Homopolar e Homopolar Direcional nos pain is com estas fun es ativas 5 Outros m dulos de teste Na Tabela 3 1 s o enumerados outros m dulos do software Test Universe com uma pequena descri o sendo que os mais utilizados s o os identificados nos pontos anteriores Tabela 3 1 Lista de v rios m dulos existentes no software Test Universe 18 Software M dulo Descri o Permite o carregamento e reprodu o de arquivos transit rios TransPlay do contendo formas de onda analogicas transitorias de tens o e corrente l Gera o de sinais de corrente e tens o fundamental com sobreposi o Harmonics o de harmonicos Binary 1 0 Mostra o status de todas entradas e saidas bin rias da mala de ensaios Minitor para o ajuste do te
214. ximum number of GOOSE to be om e dali number of GOOSE to be Data types in GOOSE dataset for published GOOSEs According to 7 2 Table 2 Data types in GOOSE dataset for subscribed GOOSEs According to 7 2 Table 2 Anexo F Exemplo do procedimento de teste 33 A 1 Example 1 O Passed GetLogicalNodeDirectory BRCB and GetBRCBValues O Failed O Inconclusive Ref Part Clause and Subclause of IEC 61850 IEC 61850 7 2 Subclause 9 2 2 and 14 2 3 3 IEC 61850 8 1 Subclause 12 3 1 and 17 2 2 Expected result 1 DUT sends GetLogicalNodeDirectory BRCB Response DUT sends GetBRCBValues Response Test description 1 For each logical node Client requests GetLogicalNodeDirectory BRCB 2 For each BRCB Client requests GetBRCBValues Comment
215. za es dos mesmos poss vel que seja constru do e simulado qualquer tipo de defeito e perturba o e testar o rel sob essas condi es O m dulo caracteriza se pela correla o entre v rios estados podendo dar origem a uma sequ ncia de testes A parametriza o de cada estado pode ser ajustada de uma forma independente em termos de amplitude fase ou frequ ncia O m dulo disp e ainda de um conjunto de diagramas vetoriais e oscilografia que auxilia uma an lise detalhada do ensaio 3 Ramping O modulo de teste Ramping permite que sejam executados os mesmos ensaios que os executados na ferramenta QuickCMC com a diferen a e mais valia de que podem ser definidas e geradas rampas de amplitude fase ou frequ ncia para as sa das de corrente e 46 tens o Atendendo aos valores de atua o definidos pelos settings da prote o definem se os valores inicial e final para a rampa considerando o tempo de perman ncia da vari vel por cada passo incrementado Este aspeto de extrema import ncia na medida em que caso o tempo de atua o da fun o seja inferior ao tempo de perman ncia de um determinado estado da rampa o valor obtido para avalia o n o ser o pretendido uma funcionalidade adequada para a verifica o de zonas de opera o e desopera o das fun es O m dulo permite ainda por exemplo que duas rampas com vari veis diferentes sejam executadas simultaneamente de forma sincronizada assim como a e
216. zado o Estado da Arte relativo aos Sistemas El tricos de Energia S o introduzidos os aspetos mais relevantes de uma Subesta o de Energia El trica S o tamb m relatadas quest es como os equipamentos constituintes de um Sistema de Automa o de Subesta o os diferentes niveis e a forma como eles se interligam e ainda as suas principais fun es S o ainda identificadas as principais arquiteturas de comunica o local existentes nas Subesta es de Distribui o da Operadora da Rede de Distribui o portuguesa No capitulo tr s realizado o Estado da Arte relativo aos ensaios dos Sistemas de Subesta es S o relatados os ensaios atualmente realizados pela Operadora da Rede de Distribui o de Energia El trica em Portugal com o objetivo de verificar quais as diferen as para os diversos ensaios de aceita o da Norma CEI 61850 e identificar onde ser o estes inseridos relativamente aos ensaios atuais A organiza o do capitulo est de acordo com os diferentes tipos de ensaios existentes com nfase aos ensaios em F brica designados de FAT do ingl s Factory Acceptance Tests e ensaios de campo no local da instala o designados de SAT do ingl s Site Acceptance Tests onde se descriminar o que deve ser avaliado S o ainda apresentados equipamentos espec ficos para a realiza o dos ensaios onde se aborda o software e hardware de cada um bem como as suas principais capacidades No capitulo quatro d
217. zando mensagens priorit rias garantindo desta forma o tempo minimo de atua o dos sistemas de prote o e A Norma deve ser a prova do futuro garantindo estabilidade de longo prazo isto deve estar apta a seguir o progresso da tecnologia de comunica o assim como a evolu o das exig ncias do sistema sem requerer altera es significativas no hardware e software das RLC nas SE s com um custo reduzido Para que os objetivos sejam alcan ados a CEI 61850 utiliza a abordagem orientada a objetos e subdivide as fun es em objetos denominados Nos L gicos LN s do ingl s Logical Nodes os quais comunicam entre si Assim as funcionalidades requeridas para a prote o e automa o da SE s o focadas nos LN s e n o na quantidade de IED s ou fun es utilizadas 19 Relativamente as vantagens que mais impacto se obt m no SAS com a introdu o da Norma CEI 61850 a possibilidade de se reduzir significativamente a quantidade de cabos e de pontos de entrada e saida dos equipamentos digitais Esta redu o conseguida atraves do compartilhamento das m ltiplas informa es sobre o processo entre os diversos subsistemas Assim por exemplo as informa es anal gicas e de estado relativas ao processo podem ser adquiridas pelos rel s das prote es prim ria e secund ria e compartilhadas atraves da RLC com os sistemas de supervis o comando controlo e automa o com custos menores e com maior confiabilidade

Avaliação do Impacto em Comissionamento e Testes de

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