Gestion de Ajustes de Relés en El Software Station Ware

JORNADAS TCNICAS ISA - 2012

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GESTIN DE AJUSTES DE RELS EN EL SOFTWARE STATION WARE

Juan Carlos Durn Espinoza

Analista de protecciones

Departamento de operaciones Red de Energa del Per

[email protected]

Categora Sistemas de control, proteccin y telecomunicaciones. RESUMEN En este documento se expone la experiencia con la gestin de rels a travs del software StationWare el cual brinda flexibilidad y transparencia para consultar de manera gil todos los ajustes y configuracin de todos los rels de proteccin de un sistema de transmisin. El artculo no solo muestra la flexibilidad que brinda el software para la gestin de ajustes; sino tambin, discute la filosofa del software para gestionar activamente toda esta informacin y de esta forma optimizar al mximo las funcionalidades que el software puede brindar. El mximo aporte planteado en este documento es el modelamiento de rels que el fabricante aun no desarrolla tanto en el software de simulacin como en el gestor de ajustes y el desarrollo de lenguajes para importar y exportar ajustes al simulador de manera fcil y as evitar los errores que pueden producirse durante un proceso manual de carga. PALABRAS CLAVES. Rels, ajustes, StationWare, DigSILENT, archivos XML y PPSMS, lenguaje DPL y modelamiento. INTRODUCCIN El desarrollo de la electrnica digital produjo que los rels electromecnicos y electrnicos hayan sido sustituidos progresivamente por rels digitales que integran mltiples funciones los cuales brindan mayores beneficios para proteccin pero a su vez requieren cada vez de ms ajustes, lgicas y parmetros por lo cual la administracin de datos se hace cada vez ms numerosa y complicada no solo por el registro de esta informacin, sino tambin por la necesidad de llevar una gestin adecuada de toda esta informacin. En este documento se expone la experiencia con la gestin de rels a travs del software StationWare el cual brinda la flexibilidad y transparencia para consultar los ajustes y configuracin de estos equipos sin necesidad de tener mayores conocimientos del software de cada equipo en particular, el documento se ha dividido en cuatro captulos. El primer captulo proporciona un breve contexto histrico sobre la evolucin funcional de los rels de proteccin y la fiabilidad cada vez mayor de

estos dispositivos; asimismo describe los nuevos requerimientos de los ingenieros debido a este incremento de funcionalidades. El segundo captulo brinda una descripcin general del StationWare. El tercer captulo muestra la filosofa y metodologa necesaria para la utilizacin optima que pueden brindan ambos programas en conjunto, en este captulo tambin se describe la metodologa para el desarrollo de modelos propios de rels tanto en el software simulador como en el software gestor. El cuarto captulo muestra la aplicacin de los recursos descritos en el capitulo tres para dar modelamiento a un rel en particular. El rel que se modelo es el REL670 de ABB. Finalmente se enuncian las conclusiones del trabajo desarrollado y las ventajas que este sistema de gestin trae para las diversas reas de una empresa de transmisin.

1 CONTEXTO HISTORICO

Los rels electromecnicos de proteccin para sistemas de potencia trabajan con el principio de la fuerza mecnica la cual es provocada por el

mailto:[email protected]


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accionamiento mecnico de un contacto en respuesta a un estmulo el cual generalmente es un flujo de corriente a travs de los devanados sobre un ncleo magntico, he ah el origen del trmino rel electromecnico. Un rel electromecnico tpico tiene menos de quince ajustes, por lo que la administracin de esta informacin es simple y puede almacenarse en una sencilla hoja. Hoy en da, un rel digital proporciona mayores funcionalidades tales como la secuencia de eventos, registradores de eventos, registradores de perturbaciones (DR), funciones de medicin y monitoreo de la calidad de energa. Un rel digital tambin puede proporcionar informacin sobre el flujo de carga en la red y la informacin para los sistemas SCADA. Tambin utilizan avanzados sistemas de comunicacin para comunicacin con otros rels. La mayora tiene una lgica programable por el usuario para alterar el funcionamiento del equipo e incluso agregar funciones personalizadas. Todas estas ventajas adicionales traen el incremento de parmetros de ajustes, mltiples grupos de configuraciones, cada una a menudo con lgicas distintas que deben ser configurados por los ingenieros de sistemas de potencia con el software especfico del fabricante. La configuracin del dispositivo se almacena en un archivo especfico para cada fabricante y modelo de rel. Cada grupo de ajustes debe ser archivado de manera que si un rel falla, un rel de reemplazo pueda ser rpidamente sustituido por otro similar y con valores de ajustes equivalentes. Los archivos de configuracin tambin son necesarios para las herramientas de anlisis del rel y probar la funcionalidad del dispositivo. Las empresas de transporte de energa utilizan toda esta informacin de ajustes y configuracin de rels de proteccin por lo cual requieren un sistema que gestione de manera gil y flexible la informacin de los ajustes de los rels de proteccin esto con el fin de llevar un seguimiento histrico de la configuracin de rels. Esta herramienta de gestin no solo debe ser un repositorio de archivos de configuracin sino tambin debe ser de una interfaz plana y transparente de cualquier marca de rel de manera que la informacin pueda ser consultada en tiempo real por todo aquel que necesite realizar consultas sobre datos del sistema de proteccin de alguna lnea o equipo de transformacin sin necesidad de

tener el software especifico por cada fabricante, a continuacin unas necesidades bsicas en una empresa de transmisin:

Los ingenieros analistas, para el anlisis y elaboracin de estudios de proteccin continuamente requieren informacin de las instalaciones existentes para evaluar el desempeo ante una condicin de cambio topolgico de la red o modernizacin de equipos de proteccin.

El ingeniero de centro de control, para validar ajustes de sincronismo o corrientes de acople en situaciones de sincronizacin y/o transferencias de barra.

El ingeniero de subestaciones cuando requiere realizar un cambio de rel fallado por otro similar que tenga ajustes equivalentes necesita del archivo de configuracin.

El ingeniero de telecomunicaciones cuando requiere informacin IPs y protocolo de comunicacin entre los dispositivos.

Frente a esa necesidad de personal de diversas reas, este software gestor de ajustes debe ser transparente de modo que todo usuario no requiera conocimientos de software especficos por cada fabricante de rel ni tener instalado programas especiales en su computador. En este artculo se muestra la experiencia con un software gestor de ajustes llamado StationWare (de los desarrolladores de DigSILENT), se muestra como este programa brinda las caractersticas enunciadas lneas arriba y otras adicionales que ayudaran al proceso de gestin de ajustes.

2 STATIONWARE

Los analistas de la operacin de una red de transmisin utilizan herramientas asistidas por computadora para la evaluacin de la operacin y el desempeo de los dispositivos de proteccin; una herramienta que permita estos anlisis es el DigSILENT. El programa est diseado como un paquete de software avanzado, integrado e interactivo dedicado al anlisis de los sistemas de energa elctrica. El fabricante del DigSILENT tambin ofrece un software de gestin de ajustes, denominado StationWare el cual es un software que brinda una


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completa base de datos para el registro y administracin no solo de los rels de proteccin sino tambin de los diferentes equipos de un sistema de potencia tales como interruptores, transformadores de tensin, transformadores de corriente, seccionadores, etc. Adems ofrece una plataforma transparente, rpida y amigable para cualquier usuario de modo que para realizar una consulta rpida no es necesario tener instalado el software necesario de cada modelo o marca del rel, por lo cual es una herramienta de carcter universal e integral, que sin importar la referencia del rel, puede mostrar toda su configuracin y ajustes.

Fuente: Tomado de [2]

Grfica 1. Ventana principal del StationWare

Las principales caractersticas que ofrece StationWare son:

Presentacin estructurada de una red de transmisin, por ejemplo en la grfica 2 se detalla la organizacin de las subestaciones de REP. Cada elemento se denomina locacin y se puede ver que dentro de la locacin REP se tienen sublocaciones que son las cuatro direcciones de transmisin. Cada una contiene las subestaciones las cuales tienen a su vez los niveles de tensin y las bahas que contienen a los rels de proteccin.



Registro histrico de cambios de ajustes. Cuando una baha de algn equipo de transmisin requiere nuevos ajustes, es necesario llevar un registro histrico de las modificaciones, muchas veces se necesita regresar a los ajustes anteriores. En la grfica 3 se muestra como el StationWare organiza las modificaciones mediante enlaces que llevan a ver los ajustes histricos, asimismo en este enlace puede almacenarse el archivo fuente de configuracin del rel.



Plataforma transparente para la consulta de ajustes. Debido a que el StationWare es una aplicacin web brinda a cualquier analista,


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operador del centro de control o usuario que requiera informacin, la facilidad para consultar la configuracin y ajustes de los distintos rels de diversas marcas sin necesidad de tener instalado el software especfico del rel. En la grfica 4 se muestra como el StationWare muestra algunos ajustes de una lnea de 220kV.



Reportes de ajustes. Luego de elaborar un estudio de protecciones, muchas veces el ente regulador solicita una planilla de ajustes que en algunos casos no se tiene disponible, por ejemplo para rels electromecnicos incluso para algunos rels electrnicos, StationWare brinda la opcin de generar reportes para cualquier tipo de rel a partir del registro de ajustes de este modo el analista reduce el tiempo pues ya no deber generar documentacin Excel para rels que no crean reportes de ajuste.

Restricciones de seguridad a usuarios. Debido a la confidencialidad de la informacin entonces StationWare brinda la opcin de restringir acceso a la informacin incluso de manera selectiva de modo que un usuario pueda tener acceso solo a informacin de sus subestaciones de inters y no a toda la red.

Intercambio de datos entre StationWare y DigSILENT. Los rels numricos modernos tienen una gran cantidad de parmetros, configuraciones y ajustes que son definidos, almacenados y exportados por el software StationWare el cual permite un intercambio de informacin durante la elaboracin de

estudios de proteccin no solo intercambiando los ajustes desde el StationWare hacia el software de anlisis DigSILENT sino tambin en viceversa. De esta forma se facilita el trabajo al ingeniero analista para la ejecucin de estudios de proteccin asimismo evitando los errores que podran producirse durante un proceso manual de carga de miles de parmetros.

3 FILOSOFIA DEL STATIONWARE Y DIGSILENT

Para tener un funcionamiento ptimo entre el software simulador y el software gestor se debe tener tres elementos los cuales permiten una funcionalidad ptima de los recursos que el software puede proporcionar. Un problema tpico que se puede encontrar es la falta de modelos que el fabricante aun no ha desarrollado. Es por ello que el StationWare permite al usuario modelar los nuevos rels que los fabricantes desarrollan. Para efectuar un intercambio adecuado de ajustes se debe tener una metodologa que facilite la carga de mltiples ajustes y de esta forma disminuir los errores que pueden ocurrir mediante un proceso manual de carga. Este medio de intercambio de ajustes debe vincular adecuadamente el modelo del rel en DigSILENT con el modelo en el StationWare. Entonces para obtener la mxima utilidad que el StationWare brinda es necesario que cada rel tenga modelado tres elementos que son:

Modelo tipo en DigSILENT.

Modelo ppsms en StationWare.

DPL para exportar e importar ajustes.

Fuente: Elaboracin propia

Grfica 5. Elementos que definen completamente un

rel para StationWare


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Estos tres elementos que se muestran en la grfica 5 constituyen una completa definicin de un rel para ser utilizado en el StationWare y el DigSILENT, a continuacin se detalla la filosofa y principios para lograr el modelamiento de estos tres elementos. 3.1 MODELAMIENTO DE RELES EN DZ El software DigSILENT tiene modelos de rels para protecciones (librera propia de rels). Sin embargo, el fabricante no ha desarrollado todos los rels del mercado que tiene una empresa de transmisin. El programa DigSILENT permite al usuario implementar sus propios rels a travs de modelos creados por el usuario los cuales se denominan modelos compuestos y estn definidos mediante una estructura compuesta del rel el cual es conocido en el software como: Relay Frame. 3.1.1 RELAY FRAME El elemento relay frame es una estructura grfica

que define las partes funcionales y conexiones de

un rel. El tipo de rel se basa en este el elemento

y define las funciones que estn implementadas en

el rel. El modelo utiliza determinados elementos

funcionales estos elementos especficos pueden

ser funciones de sobrecorriente, distancia,

direccionalidad, polarizacin, etc. FRAME:

U_A;U_B;U_C

0

1

2

3

0

1

2

0

1

2

3

0

1

2

3

iblock

0

1

iblock

0

1

iblock

0

1

iblock

0

1

FRAME:

Iab

sIa

bs_.

.

wI0x3..

wIr_C..

wIr_B..

wIr_A..

y 2

y1

y out

y4

y3

DIg

SIL

EN

T


Grfica 6. Elemento relay frame del recloser MCGraw Edison

El diseo de estas estructuras se describe en el

manual de referencias tcnicas del programa

DigSILENT.

En la grfica 6 se muestra la estructura (relay

frame) de un recloser McGRAW EDISON de la

marca Copper instalado en la subestacin Puno.

3.2 MODELAMIENTO DE RELE EN

STATIONWARE Debido a que el StationWare es un software que funciona bajo el entorno de pgina web; para desarrollar modelos de rels en este programa es bsico entender la filosofa de los archivos xml y ppsms, a continuacin se detalla.

3.2.1 XML XML es un lenguaje de marcas desarrollado para estructurar y dar soporte a enormes bases de datos, sus siglas en ingls provienen de eXtensible Markup Language (lenguaje de marcas extensible). XML permite la interaccin entre diferentes aplicaciones y resulta til cundo estas se deben comunicar entre s para integrar informacin. La caracterstica de este lenguaje es el modelamiento de informacin estructurada como por ejemplo en la grafica 7 se tiene un sistema de potencia que contiene las direcciones de transmisin y subestaciones que a su vez contiene niveles de tensin, esta informacin se muestra mediante un archivo XML que permite almacenar informacin estructurada que nos interesa para lograr un acceso a esta mediante etiquetas de apertura y cierre para los elementos.


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Grfica 7. Subestaciones organizadas por DT y nivel

de tensin

Siguiendo este ejemplo de estructura bsica de XML podemos generar una base de datos completa de todas las regiones de un sistema de transmisin e incorporar incluso como elementos subestaciones que contengan bahas y rels de proteccin. Estos archivos tambin pueden ser creados a partir de una hoja Excel y mediante la creacin de variables adecuadas se inicia un formato para un rel. Estas variables pueden ser enteras, reales, de opciones o texto. 3.2.2 PPSMS Los archivos PPSMS tiene un formato de etiquetas muy similar al formato xml pero en este caso la definicin del rel se define mediante etiquetas propias del lenguaje del StationWare; mediante este formato se puede definir incluso modelos de interruptores, transformadores de tensin, transformadores de corriente y otros dispositivos de medicin.


Grfica 8. Definicin de una funcin de

sobrecorriente en formato ppsms

Las etiquetas agrupan caractersticas del rel, por ejemplo, en la grfica 8 se observa la estructura de un rel de sobrecorriente y puede notarse el agrupamiento mediante tres etiquetas que son: Modelo, Data y Miscelneos. Estas tres etiquetas definen completamente un rel de proteccin para el StationWare.

3.3 DPL ENTRE DigSILENT Y STATIONWARE La mxima potencialidad que se puede obtener con estos softwares es cuando se tiene desarrollado tres elementos para definir y utilizar de manera efectiva la informacin de un rel, es decir no basta con tener modelado los tipos en DigsILENT y StationWare, sino tambin debe existir un medio de comunicacin de datos entre ambos programas que permita un fcil intercambio de datos de parametrizacin y ajuste. Este medio se desarrolla en base a un lenguaje de programacin propio del DigSILENT denominado DigSILENT programming language (DPL): Entonces para el caso de llevar ajustes desde el StationWare al DigSILENT se utilizan archivos de importacin y exportacin de datos llamados PPSMS_import y PPSMS_export respectivamente, la programacin y desarrollo de cada uno de estos lenguajes se explica a continuacin. 3.3.1 DPL EXPORT Estos archivos se utilizan para cargar un grupo de ajustes desde el DigSILENT hacia el StationWare. En la creacin del DPL se debe incluir dos objetos externos denominados relay y map ambos para


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identificar el tipo y modelo del rel en StationWare y DigSILENT respectivamente. Luego de definidos los objetos externos los comandos que se utilizan para el proceso de exportacin son:

Map.SetDouble(StationWare,DigSILENT); Map.SetString(StationWare,DigSILENT);

Map.SetDouble exporta variables reales hacia el StationWare as como tiempos de actuacin, umbrales de corriente mientras que MapSetString exporta texto como por ejemplo tipo de curva inversa. En la grfica 9 se expone el ejemplo para un rel de sobrecorriente, las rdenes para cargar los ajustes deben tener la siguiente sintaxis:


Grfica 9. Comando DPL para exportar ajustes del

DigSILENT al StationWare

El procedimiento de exportacin completa debe ser efectuado por el comando DPL. Este comando debe tener el algoritmo mostrado en la grfica 10.


Grfica 10. Algoritmo para el DPL de exportacin 3.3.2 DPL IMPORT Estos archivos se utilizan para importar un grupo de ajustes desde el StationWare hacia el DigSILENT, la utilidad de este lenguaje DPL es


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para facilitar al ingeniero analista de estudios la carga de ajustes desde los archivos fuente hacia el StationWare y finalmente hacia el software de simulacin. De forma anloga al archivo de importacin visto en el tem 3.3.1 en las graficas 11 y 12 se muestra el diagrama de flujo del algoritmo y los comando DPL a utilizar.


Grfica 11. Algoritmo para el DPL de importacin


Grfica 12. Comando DPL para exportar ajustes del

DigSILENT al StationWare

Las funciones que se utilizan en este proceso son:

Map.GetDouble(StationWare,DigSILENT); SetCurve(DigSILENT);

Map.GetDouble para importar alguna variable real como magnitudes de impedancia, umbrales de tensin o tiempos de disparo. SetCurve que importa el tipo de curva por ejemplo para una funcin de sobrecorriente.

4 APLIACION DE LA METODOLOGIA DESCRITA PARA EL MODELAMIENTO DE RELE REL670

Para la evaluacin de la metodologa indicada en el capitulo previo se ha modelado el recloser McGrawEdison el cual contempla todas las caractersticas propias del fabricante, en la grfica 12 se muestra el modelamiento del recloser el cual incluye las propias curvas de disparo que el fabricante del recloser provee.


Grfica 13. Recloser McGrawEdison


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Este recloser se ha modelado tanto para el DigSILENT y el StationWare de manera que es posible la importacin y exportacin de datos entre ambos software; con este modelo se muestra la funcionalidad ptima del programa explotando al mximo los recursos que brindan ambos software en conjunto. Tambin se ha modelado el archivo ppsms del rel REL670 de ABB por las caractersticas de gran cantidad de parmetros que tiene este rel tanto para ajustes de proteccin, configuracin y comunicaciones. Se utiliz un mtodo secuencial, que consisti en obtener datos del rel, editar el archivo xml, cargar el modelo al StationWare y recopilar la informacin de ajustes del rel REL670 el cual sale en formato pdf pero puede ser llevado a texto plano mediante una macro en Excel. Finalmente el modelo desarrollado tiene modeladas todas las funciones del rel ABB y ha sido estructurado de manera similar a la estructura que presenta el software PCM600 de manera que los usuarios sientan familiar el modelo. En la grfica 13 se muestra el resultado del modelo. La carga y edicin del modelo ha sido exitosa no solo por contener toda la estructura completa de ajustes del PCM600 sino tambin por la descripcin detallada de cada funcin del rel y tambin por los archivos DPL para cargar ajustes al DigSILENT


Grfica 14. Modelo de Rel REL670 en StationWare

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Este sistema de gestin de rels ofrece un

beneficios para una empresa de transmisin, creando costos significativos en la gestin de informacin de equipos de patio as como placas, documentacin de protocolos, manuales de rels, ajustes de rels, ahorro de tiempo en la ejecucin de estudios elctricos, administracin histrica de modificaciones y de esta forma asegurar un sistema elctrico ms fiable.

El programa permite modelar rels que no han sido desarrollados por el fabricante; esto nos ayuda cuando en campo tenemos dispositivos que requerimos gestionar y que aun no estn en el StationWare ni en el DigSILENT.

En el artculo se explica la filosofa de funcionamiento entre ambos programas y como obtener la mxima utilidad que estos pueden brindar; asimismo, se ha modelado el archivo ppsms del modelo REL670 para cargar ajustes al StationWare, con este modelo se tiene la premisa para continuar con el moldeamiento de rels que an faltan tales como el RET670 y el REB670 y de otros fabricantes.

Se ha modelado un recloser tanto para el DigSILENT y el StationWare de manera que se muestra la funcionalidad ptima del programa explotando al mximo los recursos que brindan ambos software en conjunto.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.

[1] SORRENTINO, ELMER. Adicin del modelo de un rel de distancia a un programa de clculo de transitorios electromecnico en sistemas de potencia. En VIII Simposio Iberoamericano sobre Proteccin de Sistemas Elctricos de Potencia.

[2] StationWare, software en versin de prueba: http://stationware.digsilent.de/presentation18

[3] HENDERSON, BRAD. Protection relay settings management in the modern world Settings. En SEAPAC 2009.

HOJA DE VIDA DEL AUTOR. Juan Carlos Durn Espinoza, (BSC. 2007), naci en Huancayo (Per). Egresado de la Universidad Nacional de Ingeniera en 2008. Actualmente se desempea como Ingeniero Analista del equipo de Anlisis Operativo de Red de energa del Per. Sus reas de inters son: protecciones inteligentes


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de sistemas de potencia, transitorios, calidad de energa, estabilidad.

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