Curso de Diseño de Sistema de Control Cont rol y Prot Protecci ección ón Num Numéri érico co usaand us ndoo la no norm rmaa IE IECC-61 6185 8500 Carlos Fernández 14/01/2013
GRID
Cronograma de Actividades
1er tema
Introducción
Pág. 4
2do tema
Diagrama Unifilar del Sistema
Pág. 5
3er tema
Funciones de Protección
Pág. 6
4to tema
Tipo de comunicación
Pág. 7
5to tema
Arquitectura del Sistema
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Cronograma de Actividades
6to tema
Lista de Señales
Pág. 40
7mo tema
Elaboración de Base de Datos
Pág. 42
8vo tema
Configuración de Vistas y Mímicos
Pág. 59
9no tema
Construcción física del Sistema
Pág. 60
10 tema
Diseño de protocolo y ejecución de Pruebas
Pág. 61
Curso de Diseño de Sistema de Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 – 14 14/0 /01/ 1/20 2013 13 - P 3
Introducción Protection, Automation and Control Integrated Integrate d Solution (PACiS) • Sol Soluci ución ón mod modula ularr y escalabl escalablee • Alt Altoo Nive Nivell de Est Estand andari arizac zación ión (IE (IEC-6 C-6185 1850) 0) • De Dedic dicad adoo pa para ra Au Auto toma matiz tizac ació ión, n, Ene Energ rgía ía y Pot Poten enci ciaa • Soft Softwa ware ress em empl plea eado doss – System Configuration Editor (SCE) – System Management Tool (SMT) – Computer Maintenance Tool (CMT) – Operator Interface (OI) – Mi MiCO COM M S1 St Stud udio io
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Diag Di agra rama ma Un Unififililar ar Defifini De nici ción ón de Dia Diagr gram amaa Un Unififililar ar de dell Sist Sistem emaa Tipo de Subestac Subestación: ión: Barra Simpl Simplee Número Núm ero de Bah Bahías ías:: 2 Equipo Equ iposs de Mani Maniobr obra: a: − Inte Interru rrupto ptorr de Potenc Potencia ia − Sec Seccio cionad nador or de Líne Líneaa − Sec Seccio cionad nador or de Bar Barra ra − Cu Cuch chililla la de Pu Pues esta ta a Tie Tierr rraa Nroo de Ba Nr Bahí hías as Si Simu mula lada dass (P (PLC LC): ): 1 Nive Ni vell de ten tensi sión ón 11 115k 5kV. V. Curso de Diseño de Sistema de Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 – 14 14/0 /01/ 1/20 2013 13 - P 5
Funci Fu ncione oness de Prot Protec ecció ciónn Prot Pr otec ecci ción ón Di Dife fere renc ncia iall de Lín Línea ea y Prot Protec ecci ción ón de Di Dist stan anci ciaa Bahía Nro. 1: Filosofía Filos ofía de Protecc Protección: ión: Hilo Piloto (ENE (ENELCO, LCO, ENEL ENELVEN) VEN) Consta Cons ta de un unaa pr prot otec ecci ción ón pr prin inci cipa pall tip tipoo di dife fere renci ncial al de lílíne neaa (8 (87L 7L+21 +21)) y de un unaa protec pro tecció ciónn sec secund undari ariaa de dis distanc tancia ia (21S (21S+67/ +67/67N 67N)) Bahía Nro. 2: Filoso Fil osofía fía de Protecci Protección: ón: Consta Cons ta de un un relé relé de pro prote tecc cció iónn de ali alime menta ntado dorr y de un un relé relé de sob sobre reco corri rrien ente te trifásico
Curso de Diseño de Sistema de Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 – 14 14/0 /01/ 1/20 2013 13 - P 6
Tipoo de Co Tip Comun munica icació ciónn Prot Pr otoc ocol oloo de Co Comun munic icac acio ione ness – No Norma rma IE IECC-61 6185 8500 Extracto Extrac to de Pre Presen sentaci tación ón Mic Michae haell Hac Hackër kër – Aut Automa omatio tionn and Inf Informa ormatio tionn Systems Se des destac tacan an los sig siguie uiente ntess pun puntos tos:: •
Estruc Est ructur turaa de la la norma norma
•
Serv Se rvic icio io de Mens Mensaj ajer ería ía GO GOOS OSEE
•
Serv Se rvic icio io de repo report rtes es (U (URC RCB B y BRCB) BRCB)
Curso de Diseño de Sistema de Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 – 14 14/0 /01/ 1/20 2013 13 - P 7
IEC 61850 Enhancements on MiCOM Px3x and Px4x series Features Automation & Information Systems Michael Häcker
Webinars February/March 2008
Agenda Basics Basics of of IEC IEC 61850 61850 - “refresh” “refresh”
MiCOM IEC 61850 implementation phases
Enhancements of IEC 61850 implementation
Roll-out of IEDs with enhanced IEC 61850 features
Certification / Conformance Testing
9
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9
Basics of IEC 61850
10
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10
Selection of IEC 61850 Concepts Modellization of the real world in a virtual world define Logical Devices define Logical Nodes define Data Classes define Data Objects
Data transmission: Services make use of Reporting make use of GOOSE transmission
Managing of Data Objects: Objects: Data Sets
11
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11
Virtualization
12
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12
Modelling Principles
Model is a Logical representation Identifies the various elements in the system Protection, Control, Reporting
Provides a common ‘view’ of a system Across different products (Px30, Px40) Across different suppliers (AREVA, Siemens, ABB)
13
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13
Data Model of IEC 61850 Data groupings groupings – Logical Logical Nodes, Nodes, etc. etc.
14
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“UCA & 61850 for Dummies.” Dummies.” – Douglas Proudfoot Proudfoot
14
IEC 61850 Modelling: Logical Devices
IED Model contains one or more Logical Devices LD corresponds to an area of functionality, e.g. Overcurrent Overcurrent Protection Logging & Recording
AREVA relays have up to 5 Logical Devices System Control Measurands Records Protection
15
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15
IEC 61850 Modelling: Logical nodes Functions: Logical Nodes – Nodes – 92 Logical Node Classes
16
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“IEC61850-7-1 Standard”
16
IEC 61850 Modelling: Data Cl Data: 355 Data classes
IEC 61850 Modelling: Example Data context retained
18
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“UCA & 61850 for Dummies.”
Douglas Proudfoot Proudfoot
18
IEC 61850 Data Transmission: Rep
Mechanism for reporting data changes Types of Report Instantaneous – Report generated generated when the data ch
Delayed – Report generated generated after after expiry of a timer sta
when data first changes Optional Features
reporting irrespective irrespective of a Integrity (Timed) - Regular reporting changes
On Demand Demand (General (General Interrogation) Interrogation) - Client interroga interroga
server to get latest report
IEC 61850 Data Transmission: GOOSE Transmission principle High speed peer-to-peer communication Multicasted All IED belonging to the multicast address will w ill decode the
message simultaneously Decoding is by hardware, multicast address is by system
configuration Repeated in order to cope with A temporary failure of an IED (example: queue overflow) or of the
communication (example: re-configuration after a failure) The restart of a subscribing IED so that it can re-initialize its
automation sequence However there is no guarantee that the message has been received
Prioritized: This is used by the switches (IEEE 801.2Q) and by the application
20
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20
IEC 61850 Data Transmission: GOOSE Repetition Principle The standard does not define the repetition interval interval Initial repetition is typically few ms (“burst”) in order to maximize
the probability to achieve fast automation after a short temporary failure
Asy Asymptotic mptotic repetition is typically a few seconds in order to re-start
the full system behavior behavior (i.e. automation) within w ithin that time frame
The message has a “time allowed to live” parameter Used to inform the receiver when w hen the next message is supposed supposed to
arrive
The receiver receiver is able to detect the failure of the publisher and
eventually eventually start a fall-back algorithm
When a message is repeated then the sequence number is
incremented
All devices sending GOOSE messages are continuing to send
the message with a long cycle time, even if no status/value change has occurred.
This ensures that devices that have been activated recently will
know the current status values of their peer devices. devices.
Facilitates integrity checks of the ‘wiring’ path. 21
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21
IEC 61850 Data Transmission: GOOSE Receiving GOOSEs Upon GOOSE reception, the receiver will normally
execute a logic combination or sequence The GOOSE messages contain information that allow the
receiving device to know that a status has changed and the time of the last status change. The time of the last status change allows a receiving
device to set local timers relating to a given event. The receiver will receive the repetitions of GOOSE and
possibly ignore them in its application processing MiCOM devices only process the message if a change is
detected.
22
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22
IEC 61850 Data Transmission: Data Sets
A DATA-SET is ordered group of ObjectReferences of DATA or
DataAttributes (called the data set members), organized as a single collection for the t he convenience of the client membership and order of the ObjectReferences in a DATA-
SET shall be known to both the client and the server only the name of the DATA-SET and the current values of the
referenced DATA or DataAttributes need to be transmitted permits more efficient use of the communications bandwidth. bandwidth.
23
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23
IEC 61850 Data Transmission: Data Sets
Data sets are used by various services: Data polling Reports Logging (not supported in MiCOM) GOOSE
Data sets can be Fixed Configurable Dynamic (not supported in MiCOM)
24
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24
Interoperability Interchangeability
Interoperability
The ability for IED’s from one or several manufacturers to exchange information and to use the information for their own functions is one of the objectives objectives of IEC 61850.
Others are
Free Configuration and Long Term Stability .
Interchangeability, the possibility to replace one device from one manufacturer by another device from a second manufacturer without the need of engi engineeri neering ng adap adaptatio tation n is the long-term objective. IEC 61850 Edition 2 is not going to solve this expectation from customer side.
25
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25
MiCOM IEC 61850 implementation phases
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26
MiCOM IEC 61850 Implementation The product behaviour of AREVA IEDs is described in
individual documents: machine readable in XML format
.icd file Standard file from the manufacturer, describing the overall overall comms functionality without making reference to a project
.cid file File describing the functionality of an engineered (project tailored) IED
readable
PICS (Protocol Implementation Conformance Statement)
MICS (Model Implementation Conformance Statement)
ADL (Address Assignment List)
27
PIXIT (Protocol Implementation Extra Information for Testing), unique per MiCOM product family TICS (Technical Issues)
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27
MiCOM IEC 61850 Implementation Phases based on IEC 61850 Edition 1 Basic IEC 61850 implementation implementation in MiCOM IEDs
„Phase I“ = „Phase 1“ (old)
for MiCOM Px4x series (except P441, P541, P542, P742, P844, P846)
for MiCOM Px3x series (except Px3xC, P432)
not for MiCOM Px2x series, not for MiCOM Px1x series
MiCOM IEC 61850 implementation enhancements
„Phase II & III“ = „Phase 2“ (old)
ongoing (Px4x, Px3x)
not for MiCOM Px2x series, not for MiCOM Px1x series
based on IEC 61850 Edition 2 further MiCOM IEC 61850 implementation implementation enhancements to
come
28
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28
IEC 61850 Edition
„Phase II & III“, Phase 2 communications
implementation in MiCOM based on IEC 61850 Ed.1 enhancement to the existing
IEC 61850 implementation
„Phase
II & III“ do not mix them up
Edition 2 new, revised edition of the
standard extension of the modelling
(new LNs) clarifications, adaptations,
implementation of TISSUES communications communications between betw een
substations to come Q1/Q2 of 2010
29
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29
MiCOM IEC 61850 Implementation Phases All MiCOM IEC 61850 implementation implementation phases are in line
with the standard Phase I implementation is not false, it is only making use
of a different concept IEC 61850 Edition 2 implementation is not yet available
30
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30
Enhancements of IEC 61850 implementation
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Report Buffering
Two types of report buffering: Unbuffered and Buffered Behaviour of Reporting during communication loss Unbuffered
Reports generated during communication loss are discarded Sequence of Event (SoE) reporting not guaranteed
Buffered
32
Report generated during communications loss are preserved preserved (buffered)
Buffered reports sent to client on reconnection
Guarantees SoE reporting
Not included in Phase I
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Reporting of Phase II & III
Unbuffered Report Control Blocks a maximum of 16 URCBs, located in System/LLN0
Buffered Report Control Blocks A maximum of 8, located in System/LLN0 only 1 client can subscribe to each BRCB
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GOOSE Implementation of Phase II & III
Multiple GOOSE Control Blocks according to each
product (typically 8 off) each publishes a separate GOOSE message
GOOSE message message can contain any configurable data set must fit into 1 Ethernet message frame ( IEC 61850 61850 Enhancements on MiCOM Px3x and Px4x series series - February/March 2009 - Webinar
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Phase II & III Implementation of Data Sets Data sets are now configurable by the user Any number can be created in any LN Any data object or attribute from the entire data model
(except control block attributes) can be published in any data set Uses the IED Configurator
Easy point & click interface to select data set members Data sets must be located in the same Logical Node as
the control block that uses them (usually LLN0) Advantages Tailor made to the system No project specific report enable/disable from client Improves communication efficiency Import of defined datasets from SCE of any vendor 35
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35
Phase II Functionalities
Function
Px30
Px40
C264
Connection Model
Y
Y
Y
Data Model
Y
Y
Y
DataSets
Configurable
Configurable
Configurable
Settings
N
N
Y
Substitution
N
N
Y
Configurable URCB & BRCB
Configurable URCB & BRCB
URCB & BRCB
Logging
N
N
Y
GOOSE
Configurable
Configurable
Binary & Analog
GSSE
Y
N
N
Controls
Y
Y
Y
Time
Y
Y
Y
Read
Read
Read
Reporting
File Transfer
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36
Arquitectura del Sistema de Control y Protección Numérico
Conexión en doble anillo redundante (autocicatrizante) Equipos: • Protec Protección ción Diferenci Diferencial al de Línea (MiCO (MiCOM M P545) • Protec Protección ción de Distan Distancia cia (MiCO (MiCOM M P443) • Protec Protección ción de Alime Alimentador ntador (MiCO (MiCOM M P143) • Pro Protec tecció ciónn de Sob Sobrec recorr orrien iente te (Mi (MiCOM COM P12 P123) 3)
Curso de Diseño Diseño de Sistema de Control y Protección Protección Numérico Numérico usando la norma norma IEC-61850 IEC-61850 – 14/0 14/01/20 1/201313- P 37
Arquitectura del Sistema de Control y Protección Numérico Tecnología Tecno logía Autoc Autocicatr icatrizante izante de Alstom Alstom
Curso de Diseño de Sistema de Control Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 IEC-61850 - 14/01/2013 - P 38
Arquitectura del Sistema de Control y Protección Numérico Controlador de Bahía C264 -----------------> Protección Diferencial de Línea P545 ------> Protección de Distancia P443 --------------> Protección de Alimentador P143 -----------> Protecció Prote cciónn de Sobrec Sobrecorrie orriente nte P123 --------> -------->
Curso de Diseño de Sistema de Control Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 IEC-61850 - 14/01/2013 - P 39
Lista de Señales
• La lista de señales es un documento esencial para la elaboración
de la base de datos del sistema de protección y control numérico ya que presenta todas las señales que van a ser manejadas por el mismo, independientemente si son cableadas o información que viaja por la red.
• Ent ntre re otr troos el elem emen ento tos, s, co cont ntie iene ne:: Posición de Equipos de Maniobra (NA y NC, local/remoto) Alar arma mass (p (pro rote tecc ccio ione ness y eq equi uipo pos) s) Al Disparos cableados y por red
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Lista de Señales
• Esta lista de señales de presenta generalmente en una tabla
como la siguiente te::
EQUIPO
NOMBRE CORTO
NOMBRE LARGO
DIRECCIÓN IEC
P443
DISPARO 21 Z3
DISPARO PROTECCIÓN DE DISTANCIA ZONA 3
P443/Protection/PDis 3/ST
P545
FALLA CANAL DIF
FALLA DE COMUNIC FALLA COMUNICACI ACIÓN ÓN CANAL DIFERENCIAL
P545/System/GosGGI O2/ST/Ind1
P143
P545
ARRANQUE PROTECCION ARRANQUE 67 INST SOBRECORRIENTE DIRECCIONAL TEMPORIZADA CORRIENTE A
CORRIENTE FA FASE A
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P143/System/GosGGI O2/ST/Ind5 P545/Measurements/ PriRmsMMXU1/MX/A /phsA
Elaboración de la Base de Datos
• Como es de conocimiento general, la base de datos es el corazón
del sistema de control y protección numérico. En ella se configuran las señales así como también todas las interfaces hombre máquina (vistas) que se manejan en el sistema.
• De manera general el proceso se reduce a tres etapas: Im Impo port rtac ació iónn de pl plan anti tillllas as de co conf nfig igur urac ació iónn Personalización de las señales de cada equipo presente en la red (sol (s oluc ució iónn “t “tai ailo lorr ma made de”) ”) Importación de los archivos SCL (IEC-61850) de los equipos.
Curso de Diseño de Sistema de Control Control y Protección Numérico usando la norma IEC-61850 IEC-61850 - 14/01/2013 - P 42
Elaboración de la Base de Datos
• Como es de conocimiento general, la base de datos es el corazón
del sistema de control y protección numérico. En ella se configuran las señales así como también todas las interfaces hombre máquina (vistas) que se manejan en el sistema.
• De manera general el proceso se reduce a cuatro etapas: Im Impo port rtac ació iónn de pl plan anti tillllas as de co conf nfig igur urac ació iónn Personalización de las señales de cada equipo presente en la red (sol (s oluc ució iónn “t “tai ailo lorr ma made de”) ”) Importación de los archivos SCL (IEC-61850) de los equipos. Perrso sona naliliza zacció iónn de vi vist staas y mí mími miccos Pe
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IEC 61850 Enhancements on MiCOM Px3x and Px4x series Configuration Automation & Information Systems Michael Häcker
Webinars February/March 2008
Agenda Tools
From Project to Implementation: Configuration of IEDs
IEC 61850 61850 IED Configura Configurator tor – liv live e demonstratio demonstration n
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45
Tools
46
> IEC 61850 61850 Enhancements on MiCOM Px3x and Px4x series series - February/March 2009 - Webinar
46
MiCOM Setting Tools MiCOM S1 Studio and MiCOM S1 V2.14
IEC 61850 IED Configurator part of MiCOM S1 Studio package stand alone
SCL Exporter subset of IED Configurator for conversion conversion of .mcl . mcl into .icd
47
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47
MiCOM Setting Tools All tools require ACTUAL data models for IED management/settings .icd files corresponding to the IED data models
Updating of PC installation Data Model Manager, part of MiCOM S1 Studio package
for easy downloading from AREVA server
data models for MiCOM S1 Studio
.icd files for the IEC 61850 IED Configurator
Data Model Downloader for MiCOM S1 V2.14
for easy downloading from AREVA server
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data models for MiCOM S1 V2.14
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48
Test Tools AREVA GOOSE Spy good for monitoring GOOSES on Ethernet LAN possibility to import the .scd (out of SCE or converted .mcl)
to view the engineered data objects to become a sellable AREVA product
Ethereal / Wireshark external product, free of charge
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From Project to Implementation: Configuration of IEDs
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Configuration of Phase I IEDs
IED Configurator IED Configurator
S1 Studio
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Configuration of Phase I IEDs PACiS SCE
IED Configurator IED Configurator
S1 Studio
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Configuration of Phase II & III IEDs PACiS SCE
IED Configurator IED Configurator
S1 Studio
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Configuration Parameters Parameters Phase II & III
PC
IED CPU
S1 Studio Device parameters Parameter Parameter download
IED Configurator
Switching parameter
Ethernet board Parameter upload
IEC 61850 parameter bank 1
IEC 61850 parameter bank 2
Bank switching for activation of the IEC 61850 comms parameters
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GOOSE Configuration Device A (publisher) IEC 61850 Mapping
S1 Studio
Device B (subscriber)
System/GosGGIO2
S1 Studio
GOOSE: Output 1 .. 32
GOOSE: Input 1 .. 32
System/GosGGIO2.ST.ind1 .. 32 IED Configurator
IED Configurator
x System/LLN0/Dataset x
System/GosGGIO1
Pos1.stVal .. Pos32.stVal
IED Configurator
System/LLN0/gcb01 .. 08
MCL
IED IED Conf Config igur urat ator or
Syst System em/D /Dev evGo GosG sGGI GIO3 O3
Pos1.stVal .. Pos32.stVal
fixed assignment S1 Studio
Ext.Dev 1 .. 32
55
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55
Uniqueness of Control Configuration Device A (publisher) IED Configurator
Device B (subscriber)
S1 Studio
Control/LLN0.ST.OrdRun.stVal
IED Configurator
x System/LLN0/Dataset x
IED Configurator
System/LLN0/gcb01 .. 08
56
IED IED Conf Config igur urat ator or
MCL
Syst System em/O /Ord rdRu RunG nGGI GIO1 O1
Ind1.stVal .. Ind32.stVal
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IEC 61850 IED Configurator - li live ve de demo mons nstr trat atio ion n
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Elaboración de la Base de Datos Configurac Confi guración ión de relés de Protecció Protecciónn usando MiCOM MiCOM S1 Studio Studio • La configuración de cada relé se realiza empleando el programa
MiCOM S1 Studio o MiCOM S1 Agile (nuevo, 2012)
• El trabajo que se hace sobre cada uno de los relés se concentra
en cuatro grandes bloques:
Con onfi figu gura racció iónn de fu funnci cioone ness de pr prot oteecc cció iónn Ajus uste tess de pa pará ráme metr tros os Aj Pe Pers rson onal aliz izac ació iónn de ló lógi gica ca pr prog ogra rama mabl blee (“ (“ta taililor or ma made de”) ”) Co Conf nfig igur urac ació iónn de el elem emen ento toss IE IECC-61 6185 8500
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Elaboración de la Base de Datos Personalización de Vistas y Mímicos de d e la Interface HombreMáquina • La personalización de señales y vistas y mímicos son elementos que consumen la mayor parte de las horas de ingeniería de diseño en el área de control, ya que depende de las necesidades de cada cliente. Sin embargo puede representarse en cinco elementos: Configuración de comandos de apertura y cierre de los equipos de patio Desp splilieg egue ue de me medi dici cion ones es De ieggue de ala larrmas y eventos Desplie Desplie ieggue general elé lécctrico y detallllaado de las bahías involucradas
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Construcción física del sistema de Control y Protección de la subestación • Luego de haber concluido la mayor parte de uso de software,
ahora corresponde la parte de hardware, es decir, el cableado entre los di disspositivos involucrado doss en el siste tem ma
• Para ello se utilizarán las herramientas y los materiales
disponibles
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Pruebas del sistema de Control y Protección de la subestación • Para verificar el buen funcionamiento y diseño del sistema de
control y protección se debe diseñar un protocolo de pruebas que permita esta tabblecer la calidad del pro rodducto final
• Este protocolo de pruebas debe incluir las áreas de protección y
control. Estas pruebas se conocen en Alstom como “Factory Acc ccep epta tanc ncee Te Test st”” (F (FA AT)
• Para ejecutar las pruebas de protecciones se empleará la maleta
de pruebas OMICRON CMC-256-6 para simular las señales analógicas proveniente tess del pa pati tioo de la subestación
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