Strategie di rinnovo dei sistemi di
automazione di stazione
Massimo Petrini TERNA SpA
Emiliano Casale TERNA SpA
Maurizio Pareti SELTA SpA
Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche
Roma 14-15 ottobre 2009
Il Sistema di Sistema di Automazione di Stazione
Il Sistema di Automazione di Stazione (SAS) è l’insieme
di apparati preposti allo svolgimento delle funzioni di:
Protezione della rete elettrica
Comando e Controllo dell’impianto
Monitoraggio della rete e delle apparecchiature di
stazione
Architettura di un Sistema di Automazione di Stazione
APPARATI CENTRALI
Livello di stazione
Livello di stallo
UF 1
UF 2
UF ..
UF N
Livello di processo
MODULO 1
MODULO 2
MODULO..
MODULO N
La distribuzione delle funzioni di un SAS
Funzioni centrali:
• raccolta e archiviazione delle informazioni sullo stato dell’impianto;
• interfaccia uomo-macchina per il comando e controllo;
• interfacciamento con i centri remoti;
• automazione delle manovre.
Funzioni periferiche:
• comando locale;
• protezione dei componenti AT;
• elaborazione logiche sicurezza e di controllo;
• monitoraggio rete e apparecchiature.
La necessità di standardizzazione
L’esigenza di realizzare un grande numero di impianti comporta la
necessità di definire un progetto di riferimento.
L’unificazione dei layout d’impianto introduce il concetto della modularità:
vengono identificati insiemi di organi funzionalmente indipendenti dagli
altri.
Il sistema di controllo di stazione è quindi organizzato e strutturato per
Unità Funzionali.
Le tecnologie dei SAS
Nei sistemi elettromeccanici
• tutti gli interfacciamenti sono realizzati con cablaggi in rame;
• lo smistamento delle informazioni all’interno dell’impianto è realizzato
con cablaggi in rame e pannelli di permutazione;
• le logiche di controllo sono implementate mediante il cablaggio di relè
elettromeccanici.
Nei sistemi digitali
• gli apparati sono integrati mediante una rete in fibra ottica;
• le funzioni logiche sono implementate mediante microprocessori che
elaborano programmi definiti dall’utente;
• i programmi sono modificabili grazie ad operazioni di configurazione
che non richiedono modifiche circuitali.
L’integrazione degli apparati in un SAS
Sistemi elettromeccanici
Sistemi digitali
Gli apparati a livello di stazione: sistemi
elettromeccanici
Pannello sinottico
AUTOMATISMO
di stazione
DI STAZIONE
PANNELLI DI
PERMUTAZIONE
QUADRO
SINOTTICO
Gli apparati a livello di stazione: sistemi digitali
Eventi
HMI
Allarmi
Diagnostica
di sistema
Automazione
manovre
ARMADIO
LAN
STATION
COMPUTER
Registrazione
guasti
Parametri
Gli apparati a livello di stallo: i sistemi elettromeccanici
MISURE
PROTEZIONI
ALLARMI
COMANDI
EVENTI
CONTROLLO
Gli apparati a livello di stallo: i sistemi digitali
MONITORAGGIO
PROTEZIONE
CONTROLLO
Le tipologie di SAS installati in impianto
I SAS elettromeccanici
Tipologia A: sistemi non Unificati
• sistemi sviluppati ad hoc per lo specifico impianto;
Tipologia B: sistemi Unificati
• SAS realizzati sulla base di un progetto di riferimento;
• con l’apparato ASAT (Automatismo per Stazioni AT) viene introdotta la
funzione di automazione delle manovre.
Le tipologie di SAS installati in impianto
I SAS digitali
Tipologia C: sistemi proprietari
• il sistema integra tutte le funzioni;
• ciascun fornitore sviluppa una piattaforma utilizzando
soluzioni proprietarie;
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
Tipologia D: sistemi Standard
• l’architettura del sistema e gli elementi di interfaccia sono
specificati dall’utilizzatore;
• viene adottato il protocollo IEC 61850 per l’integrazione
degli apparati;
• viene utilizzato il modello IEC 61131-3 per la descrizione
delle logiche di controllo e automazione.
• viene realizzato un prototipo d’impianto da sottoporre a test
per l’approvazione del progetto.
IEC 61131
Stato dell’arte delle installazioni di SAS in Terna
Tipologia
Consistenza*
A: Elettromeccanici non unificati**
160
B: Elettromeccanici Unificati
170
C: Digitali proprietari
D: Digitali Standard***
TOTALE
39
C
B
2
371
* Luglio 2009
** Sistemi pre-Unificazione + sistemi delle stazioni acquisite
da Terna in seguito a cessioni di terzi
*** 25 SAS STANDARD REALIZZATI E PRONTI
PER L’INSTALLAZIONE IN IMPIANTO
D
A
SAS elettromeccanici e digitali a confronto
Passando dall’elettromeccanico al digitale…
…cosa resta:
• modalità di interfacciamento verso gli organi AT;
• organizzazione modulare (Unità Funzionali);
• tipologia e distribuzione delle funzioni di sistema.
…cosa cambia:
• ingombri, che si riducono;
• cablaggi, che si semplificano;
• è possibile inserire nuove funzioni con un limitato impatto sul sistema;
• migliora la diagnostica di sistema;
• il sistema è monitorabile da remoto.
SAS elettromeccanici e digitali a confronto
Sistemi Elettromeccanici
Vantaggi:
• completa conoscenza del sistema da parte dell’utilizzatore;
• ciclo di vita allineato a quello delle restanti parti di impianto;
Svantaggi
• l’implementazione di nuove funzioni ha un impatto di rilievo sul SAS;
• pesante attività di cablaggio dei componenti.
SAS elettromeccanici e digitali a confronto
Sistemi digitali
Vantaggi:
• riduzione dei componenti e semplificazione del cablaggio;
• integrazione di funzioni;
• autodiagnostica degli apparati;
• gestione da remoto della diagnostica e della configurazione del
sistema;
• riduzione dei tempi di messa in servizio.
Svantaggi:
• breve ciclo di vita;
• necessità di gestione delle configurazioni e degli upgrade;
• potenziale rischio di accesso indesiderato al sistema dall’esterno;
• necessità di adeguato training.
Strategie per il rinnovo dei SAS
Obiettivo dell’operatore del Sistema Elettrico:
- garantire la sicurezza, l’efficienza e l’economicità di esercizio del
Sistema Elettrico nel tempo
Criteri generali per il rinnovo dei SAS:
- massimizzazione della vita utile degli impianti;
- semplicità e rapidità dell’intervento sui SAS in servizio;
Tipologie di intervento di rinnovo dei SAS
Caso 1 - Rinnovo dell’intero impianto
Rinnovo del sistema primario e del sistema secondario
Caso 2 – Ampliamento dell’impianto
Aggiunta di uno stallo o di una sezione
Caso 3 - Sostituzione di apparati
Sostituzione di apparati tecnicamente obsoleti e/o critici per l’esercizio, la
cui reperibilità sul mercato è difficoltosa e onerosa dal punto di vista
economico
Caso 4 - Introduzione di funzioni
Implementazione di nuove funzioni rese disponibili dall’evoluzione
tecnologica
Caso 5 – Realizzazione o rinnovo di impianti di piccole dimensioni
Caso 1 – Rinnovo dell’intero impianto
Soluzione: utilizzo di SAS Standard
Va da sé che il completo rinnovo di un impianto, così come la
realizzazione di un impianto nuovo, deve essere realizzato con la
tecnologia più recente.
SAS Standard si adatta:
all’interfacciamento con qualsiasi tipo di organo e componente AT già
presente in impianto;
al rinnovamento per fasi: le nuove Unità Funzionali man mano inserite in
impianto possono essere interfacciate con le Unità Funzionali esistenti
mediante l’introduzione di I/O aggiuntivi.
Caso 1 – Rinnovo dell’intero impianto
Caso 2 – Ampliamento dell’impianto
E’ necessario definire sottocasi dipendenti dalla tecnologia dell’impianto
preesistente
Caso 2.1: SAS preesistente di tipologia A (elettromeccanico non
Unificato)
Caso 2.2 : SAS preesistente di tipologia B (elettromeccanico Unificato)
Caso 2.3: SAS preesistente di tipologia C (digitale proprietario)
Caso 2.4: SAS preesistente di tipologia D (digitale Standard)
Caso 2.1 - SAS preesistente di tipologia A
(elettromeccanico non Unificato)
Il sistema in impianto è obsoleto;
• l’ampliamento va visto come la prima fase del successivo rinnovo
dell’intero impianto.
Soluzione:
- Le unità funzionali da rinnovare sono realizzate con SAS Standard
- Gli apparati a livello stazione (pannello sinottico di stazione e
interfaccia con il centro remoto) vengono sostituiti con le Unità
Centrali del SAS Standard
Vantaggi
- Sistema centrale moderno;
- Introduzione della funzione di automazione delle manovre;
- SAS pronto per le successive espansioni.
Caso 2.1 - SAS preesistente di tipologia A
(elettromeccanico non Unificato)
Caso 2.2 - SAS preesistente di tipologia B
(elettromeccanico Unificato)
Il sistema in impianto risponde ad uno standard ed ha ancora vita utile da
sfruttare.
Soluzione: al fine di mantenere l’uniformità tecnologica, le Unità
Funzionali da aggiungere sono dello stesso tipo di quelle esistenti
Possibili interventi migliorativi:
1. sostituzione del solo apparato ASAT con un sistema centrale SAS
Standard che implementi la sola funzione di automazione;
2. sostituzione di ASAT e pannello sinottico di stazione con un sistema
centrale SAS Standard completo.
3. Applicazione a tutti gli stalli degli apparati di Monitoraggio della Rete
Elettrica conformi ai più recenti progetti
Caso 2.2 - SAS preesistente di tipologia B
(elettromeccanico Unificato)
Caso 2.3 – SAS preesistente di tipologia C
(digitale proprietario)
La piattaforma sviluppata dallo specifico fornitore utilizzando soluzioni
proprietarie.
Il sistema non è dominato tecnicamente dall’utilizzatore, come quelli
elettromeccanici, e non ha la flessibilità e la vita utile dei digitali SAS
Standard.
Soluzione: necessario rivolgersi al fornitore del SAS preesistente
per qualsiasi modifica!!!!
Caso 2.3 – SAS preesistente di tipologia C
(digitale proprietario)
Caso 2.4 SAS preesistente di tipologia D
(digitale Standard)
• architettura modulare e scalabile specificata dall’utilizzatore;
• adozione dello standard IEC 61850 sempre più diffuso nell’ambito
dell’automazione di stazione.
Soluzione: utilizzare Unità Funzionali SAS Standard
Caso 2.4 SAS preesistente di tipologia D
(digitale Standard)
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
IEC 61850
Caso 3 – sostituzione di apparati
Il caso si applica ai SAS elettromeccanici Unificati, che hanno ancora vita
utile, qualora un apparato sia diventato critico a causa dell’obsolescenza.
Soluzione: si ingegnerizza una soluzione costruttiva che consenta di
sostituire il vecchio apparato con una sua nuova versione
(realizzazione delle stesse funzioni con una tecnologia moderna)
conservandone invariata l’interfaccia con il resto del sistema, per
ridurre al minimo l’impatto dell’intervento in impianto.
Caso 3 – sostituzione di apparati
Esempi:
sostituzione di protezioni elettromeccaniche con apparati digitali;
sostituzione di ASAT e/o con computer di stazione dei SAS Standard;
sostituzione pannelli sinottici di stazione con SAS Standard.
Caso 4 – introduzione di nuove funzioni
L’aggiunta di nuove funzioni ha impatto diverso a seconda del tipo di
tecnologia utilizzata.
Nei sistemi elettromeccanici…
…l’aggiunta di nuove funzioni comporta l’installazione di nuovi apparati
digitali, l’aggiunta di un centro di acquisizione a livello di stazione e, non
essendo presente una infrastruttura di comunicazione, la fornitura e posa
di cavi in fibra ottica per l’interfacciamento degli apparati stessi.
Caso 4 – introduzione di nuove funzioni in sistemi
elettromeccanici
Esempi:
Adeguamento sistema elettromeccanico al Monitoraggio della Rete Elettrica
Caso 4 – introduzione di nuove funzioni
Nei sistemi digitali…
…nuove prestazioni possono essere introdotte modificando il software
degli apparati già installati, aggiungendo nuove schede o anche
aggiungendo nuovi apparati.
L’integrazione di nuove funzioni in sistemi SAS Standard è agevolata
dalla diffusione dell’IEC 61850.
Per i sistemi SAS con tecnologia proprietaria l’aggiunta di nuovi apparati
richiede lo sviluppo di soluzioni dedicate alla specifica piattaforma e
l’inevitabile introduzione di convertitori di protocollo.
Caso 4 – introduzione di nuove funzioni in sistemi
digitali
Esempi:
Modifica configurazione apparati
Integrazione nel sistema di nuovi apparati (es. WAMS)
Caso 5 – Realizzazione o rinnovo di impianti di
piccole dimensioni
Si tratta tipicamente di stazioni entra esci associate a piccoli produttori,
parchi eolici, impianti di interfaccia verso Distributori, Utilizzatori.
Date le dimensioni dell’impianto, nuova realizzazione e rinnovo
coincidono (l’impianto viene visto come un tutt’uno e non come parti
indipendenti e rinnovabili separatamente).
Soluzione: sistema derivato dall’architettura SAS Standard con
opportune semplificazioni mirate ad una riduzione dei costi e degli
ingombri delle apparecchiature
Caso 5 – Realizzazione o rinnovo di impianti di
piccole dimensioni
X
X
X X
Caso 5 – Realizzazione o rinnovo di impianti di
piccole dimensioni
Conclusioni
L’interoperabilità fra apparati è un requisito fondamentale per lo sviluppo
di SAS manutenibili nel tempo ed espandibili.
La disponibilità di uno standard internazionale dedicato all’automazione di
stazione ha consentito la realizzazione di sistemi flessibili e adattabili a
diverse esigenze di manutenzione e di esercizio dell’impianto.
Lo sviluppo di nuove funzionalità, la disponibilità di soluzioni innovative e
di intelligenza distribuita negli apparati e nelle funzioni consentiranno una
gestione del sistema elettrico più sicura, affidabile, moderna ed efficiente.
L’interoperabilità fra apparati in impianto è il primo passo verso
l’interoperabilità fra sistemi installati in impianti diversi.
Conclusioni
In tutto questo giocano un ruolo fondamentale due aspetti:
1) la collaborazione fra fornitore e utilizzatore;
2) la conoscenza da parte di tutti della materia IEC 61850.
Solo in questo modo:
- l’utilizzatore otterrà benefici in termini di efficienza operativa, potendo
applicare la stessa piattaforma tecnologica a tutti i casi di rinnovo, e
potrà disporre delle più moderne funzionalità
- il fornitore potrà massimizzare il profitto realizzando sistemi modulari,
flessibili, replicabili, applicabili ad ogni situazione, che consentono di
ridurre il tempo complessivo per la progettazione, il collaudo e la messa
in servizio, e di distribuire i costi di sviluppo su un esteso numero di
applicazioni.
SICAS Standard: il progetto SELTA
Il progetto SICAS Standard SELTA rappresenta il primo SAS di tipo
Standard certificato da Terna.
GEN 2004
DIC 2005
DIC
2006
GEN 2007
OTT
2007
Assegnazione dell’ordine
Sviluppo del progetto e realizzazione del
prototipo
Test sul prototipo e validazione del
progetto
Emissione dell’ordine del primo SAS
d’impianto
Prove in fabbrica e attivazione in
impianto
Attivazione del primo SAS
d’impianto
Strategie di rinnovo dei sistemi di
automazione di stazione
Massimo Petrini TERNA SpA
Emiliano Casale TERNA SpA
Maurizio Pareti SELTA SpA
Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche
Roma 14-15 ottobre 2009