Cigré/Brasil
CE B5 – Proteção e Automação
Seminário Interno de Preparação para a
Bienal 2006
Rio de Janeiro, setembro/06
Dados do Artigo
• B5-109
• EXPERIENCE WITH IEC 61850 IN THE
REFURBISHMENT OF AN IMPORTANT
EUROPEAN 380 KV SUBSTATION
• S. LAEDERACH*1, W. BAASS2, K.P. BRAND2, P.
REINHARDT2
• 1Nordostschweizerische Kraftwerke AG (NOK)
• 2ABB Switzerland Ltd - Switzerland
Objetivo
• Após a publicação da norma IEC61850, o retrofit parcial da
Subestação em 380kV de Laufenburg na Suiça foi um dos primeiros
projetos a utilizar esta norma
• Dos 17 bays existentes, 7 estão sendo modernizados até o final de
2006
• Uma solução passo a passo foi adotada para minimizar a interrupção
do serviço
• IEC61850 foi escolhido pelas características à prova de futuro
• Equipamentos novos e existentes de terceiros foram integrados
no sistema de automação da subestação
• Experiência valiosa no uso do IEC61850 foi obtida, tanto para o
proprietário da subestação quanto para o fabricante
• O primeiro bay foi colocado em serviço em Dezembro de 2004, com
mais três bays durante 2005
• Todos os objetivos do projeto foram alcançados
IEC61850
• A norma define regras específicas para se realizar a
interoperabilidade entre funções e dispositivos usados para proteção,
monitoramento, controle e automação em subestações independente
do fabricante
• Também aborda aspectos de concepção, exigências de protocolos,
instruções de testes, etc
• Para explorar todos os benefícios do IEC61850 sua aplicação exige
consideração cuidadosa das necessidades do cliente assim como
dos equipamentos disponíveis
• Isto especialmente se aplica quando da modernização de subestações
Interoperabilidade significa a capacidade de dois ou mais dispositivos
eletrônicos inteligentes (IEDs) de um ou diversos fabricantes trocarem
informações e de usá-las na realização de suas funções e na correta
co-operação
Localização da subestação de Laufenburg
Visão geral da subestação de Laufenburg
Modernização completa dos bays
• Um novo equipamento de manobras em 380kV foi instalado
• Retrofit civil
• Retrofit equip. primário
• Retrofit equip. Secundário
• Substituição completa de
cada bay em intervalos
de 3 meses
GIS compacta com disjuntor,
seccionadoras, chave de
aterramento, TCs e TPS
Retrofit de painéis de proteção e controle
Antes
Depois
Configuração do novo sistema de automação
Descrição do projeto

Retrofit livre de interrupções:
Alimentador por alimentador

IEC61850: Extensão da
especificação existente

M1/M2 de diferentes
fabricantes

Integração com Estação IHM
existente de terceiros
Especificação do projeto
• A norma possui impacto em todas as atividades relacionadas à área de
proteção e automação de subestações
• Os principais pontos são:
 como implementar a norma na prática, o que deve ser feito pelos
fabricantes,
 e como especificar os sistemas de proteção e automação de subestações,
o que deve ser feito pelos usuários, tais como concessionárias
• O primeiro passo da especificação refere-se à funcionalidade, que
deve ser baseada no diagrama unifilar e nas funções de proteção e
controle necessárias
• Neste projeto foi meramente exigido que a comunicação deveria
atender a norma IEC61850. A adição deste breve comentário à
definição de funcionalidade e os requisitos do retrofit foram suficientes
• Nenhum detalhe adicional foi necessário
Por que o IEC61850 foi escolhido ?
• Uso de uma norma aceita internacionalmente
• Necessidade de manter o sistema de automação existente, mas
complementá-lo com novos equipamentos à nível de bay e
comunicação aberta
• Capacidade para migração futura para novos equipamentos à nivel
de estação sem adaptação aos equipamentos instalados
• Independência na seleção do fabricante para
 Substituição do nível de estação
 Melhoria dos componentes ainda não substituídos e/ou extensões
• Reutilizar os esforços de engenharia
 Uso de modernas ferramentas
 Uso de modelo de dados
 Padronização do arquivo de configuração
• Utilizar vantagens da alta velocidade da comunicação Ethernet
Lista de sinais e modelo de dados (data model)
• A lista de sinais convencional fornecida pelo proprietário da
subestação foi traduzida no modelo de dados (data model) conforme
o IEC61850 pelo fabricante usando os dados mandatórios e opcionais
• O modelo de dados consiste em Nós Lógicos (Logical Nodes) que
contêm todos os dados pertencentes a mesma função básica, por
exemplo, proteção de sobrecorrente.
• Os Nós Lógicos são sempre agrupados em Dispositivos Lógicos, por
exemplo, proteção de bay, que por sua vez são implementados em
Dispositivos Físicos, por exemplo, relés de proteção
Experiência com serviços (services)
• Serviços são procedimentos padronizados de acesso a dados
• O comando Selecionar Antes de Operar definido pela norma não
estava de acordo com a necessidade do cliente. Fabricante e cliente
resolveram juntos o problema
• O uso da maioria dos Serviços não é especificado explicitamente pelo
cliente, mas implicitamente dado pelos requisitos de funcionalidade e
performances.
• Esta experiência mostra que Serviços, que possuem impacto direto na
filosofia do usuário ou nos procedimentos operacionais, devem ser
considerados com atenção especial
• Este é também um dos poucos casos nos quais os usuários do
IEC61850 devem reconsiderar ou adaptar seus conceitos
Integração de dispositivos de terceiros
• Atendendo a filosofia do cliente, a proteção principal M1 (ABB) é
suplementada pela proteção principal M2 (Siemens)
• O M2 foi especificado e fornecido com uma interface em conformidade
com o IEC61850 (arquivo ICD – IED Capability Description) não
havendo dificuldade de integração
• Componentes existentes sem a interface IEC61850 foram conectados
ao novo sistema de automação baseado em IEC61850 através de
conversores de protocolo (IEC60870-5-101)
Ferramenta de integração e engenharia
• O modelo de objeto do IEC61850 fornece uma quantidade enorme de
dados úteis
• Os dados contêm a semântica completa (significado no contexto) da
subestação, tanto para a operação quanto para a manutenção, sendo
também usado para troca dados entre IEDs
• O IEC61850 também fornece descrições formais padronizadas através
do SCL, que cobre as capacidades do IED (arquivos ICD), o diagrama
unifilar com as funções alocadas (arquivo SSD) e a configuração geral
do sistema (arquivo SCD)
• Para tratar todos estes dados de maneira profissional, garantindo sua
consistência, torna-se necessário uma ferramenta de engenharia
consistente que garanta a integração do sistema
• A ferramenta é especialmente útil na configuração do conversor de
protocolo e na integração de dispositivos de terceiros, assim como em
expansões futuras
Testes e comissionamento
• Os testes e comissionamentos foram conduzidos como qualquer outro
retrofit de sistema de automação de subestações e concluídos pelos
testes de aceitação
• O FAT provou que o sistema completo podia realizar as propriedades
especificadas no contrato antes de deixar a fábrica.
• O SAT (Site Acceptance Tests) concluiu o comissionamento e provou
que o sistema opera adequadamente, podendo ser dividido em duas
partes
 Conexão correta do equipamento primário
 Correnta transferência de dados para pontos dentro e fora da
estação, como o NCC
• O IEC61850 simplifica o SAT tendo em vista que assegurando a
correta conexão de todas as interfaces externas, a consistência dos
dados e o comportamento lógico das funções não podem desviar do
estado conhecido através do FAT
• Em Laufenburg, tanto o FAT quanto o SAT foram realizados bay a bay.
Experiência operacional
• A aplicação de uma nova tecnologia em um ambiente operado
comercialmente sempre traz riscos e todos devem estar cientes de um
potencial número de problemas durante a fase de implementação
• Alguns problemas foram encontrados durante os seis primeiros meses
de operação, nenhum sendo crítico, tendo em vista o conceito e
estratégia aplicados ao projeto desde o início
• Esforço conjunto do fabricante e do proprietário da subestação
garantiu a solução dos problemas dentro de um tempo razoável
• O sistema de proteção e controle, o barramento e a comunicação com
a estação e o centro de controle remoto estão operando de maneira
estável e mostrando-se com alta performance
Conclusões
• A cooperação conjunta entre o proprietário da subestação e o
fabricante, atuando também como o integrador do sistema, garantiu
que os objetivos do projeto fossem alcançados
• As experiências adquiridas durante todas as fases do projeto, desde a
especificação até o comissionamento foram consideradas excelentes
• Sob o ponto de vista do integrador do sistema, a integração de
dispositivo de proteção de terceiros não trouxe problemas (cabe
ressaltar a importância dos testes de interoperabilidade conduzidos
com outros fabricantes durante a elaboração da norma)
• O uso do SCL ajudou bastante a engenharia, na configuração do
conversor de protocolo e durante os passos das modernizações dos
demais bays.
Conclusões
• As ferramentas e o completo processo de engenharia conforme
IEC61850 foram verificados pelo sucesso na integração do sistema
• Pelo lado do proprietário da subestação pode-se notar que a primeira
experiência operacional com o sistema em serviço é bastante positiva
• O modelo de dados permite por exemplo uma instalação livre de
problemas de um novo nível de estação com o nível de bay existente
sendo mantido e também a modernização dos bays restantes
• O cenário de migração provou ter sucesso e pode ser usado para
outras subestações
Respostas às questões do REP
• Question 1.6:
• Do utilities really need a detailed specification of the required object
model in their specification and what are the benefits of not having it
specified in great detail?
• Resposta:
Conforme o artigo, neste projeto foi meramente exigido que a
comunicação deveria atender a norma IEC61850. A adição deste breve
comentário à definição de funcionalidade e os requisitos do retrofit
foram suficientes.
O uso da maioria dos Serviços não é especificado explicitamente pelo
cliente, mas implicitamente dado pelos requisitos de funcionalidade e
performances.
Esta experiência mostra que Serviços, que possuem impacto direto na
filosofia do usuário ou nos procedimentos operacionais, devem ser
considerados com atenção especial
Respostas às questões do REP
• Question 1.7:
• Is it true that the role of the integrator can only be outsourced by
smaller utilities and what are the related experiences around the world?
• Resposta:
Embora não haja referência sobre a frase acima no artigo, entende-se
que o papel do integrador pode e deve ser delineado tanto por grandes
quanto por pequenas concessionárias.
Em particular, tendo em vista inclusive a originalidade do trabalho, é
difícil citar outras experiências relacionadas.
Respostas às questões do REP
• Question 1.8:
• It is stated, that the logical nodes provided in IEC 61850 need to be
extended and new logical nodes need to be created for projects. Is this
the general experience among users of IEC 61850 or is this a result of
using devices not originally designed for IEC 61850 as first generation
equipment?
• Resposta:
Respostas às questões do REP
• Question 1.9:
• What are the experiences with the use of SCL, especially with the use
of the SSD and SCD files to describe the substation functionality and
configuration?
• Resposta:
• Conforme o artigo e outros documentos de referência o uso dos
arquivos padronizados dos IEDs e da configuração da subestação
facilita a implementação da automação. Permite que grande parte dos
manuseios de dados e lógicas atuais sejam realizados de maneira
mais automática.