GESTIÓN DE AJUSTES DE RELÉS EN EL SOFTWARE STATION WARE

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1 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 GESTIÓN DE AJUSTES DE RELÉS EN EL SOFTWARE STATION WARE Juan Carlos Durán Espinoza Analista de protecciones Departamento de operaciones Red de Energía del Perú jcduran@rep.com.pe Categoría Sistemas de control, protección y telecomunicaciones. RESUMEN En este documento se expone la experiencia con la gestión de relés a través del software StationWare el cual brinda flexibilidad y transparencia para consultar de manera ágil todos los ajustes y configuración de todos los relés de protección de un sistema de transmisión. El artículo no solo muestra la flexibilidad que brinda el software para la gestión de ajustes; sino también, discute la filosofía del software para gestionar activamente toda esta información y de esta forma optimizar al máximo las funcionalidades que el software puede brindar. El máximo aporte planteado en este documento es el modelamiento de relés que el fabricante aun no desarrolla tanto en el software de simulación como en el gestor de ajustes y el desarrollo de lenguajes para importar y exportar ajustes al simulador de manera fácil y así evitar los errores que pueden producirse durante un proceso manual de carga. PALABRAS CLAVES. Relés, ajustes, StationWare, DigSILENT, archivos XML y PPSMS, lenguaje DPL y modelamiento. INTRODUCCIÓN El desarrollo de la electrónica digital produjo que los relés electromecánicos y electrónicos hayan sido sustituidos progresivamente por relés digitales que integran múltiples funciones los cuales brindan mayores beneficios para protección pero a su vez requieren cada vez de más ajustes, lógicas y parámetros por lo cual la administración de datos se hace cada vez más numerosa y complicada no solo por el registro de esta información, sino también por la necesidad de llevar una gestión adecuada de toda esta información. En este documento se expone la experiencia con la gestión de relés a través del software StationWare el cual brinda la flexibilidad y transparencia para consultar los ajustes y configuración de estos equipos sin necesidad de tener mayores conocimientos del software de cada equipo en particular, el documento se ha dividido en cuatro capítulos. El primer capítulo proporciona un breve contexto histórico sobre la evolución funcional de los relés de protección 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 capítulo brinda una descripción general del StationWare. El tercer capítulo muestra la filosofía y metodología necesaria para la utilización optima que pueden brindan ambos programas en conjunto, en este capítulo también se describe la metodología para el desarrollo de modelos propios de relés tanto en el software simulador como en el software gestor. El cuarto capítulo muestra la aplicación de los recursos descritos en el capitulo tres para dar modelamiento a un relé en particular. El relé que se modelo es el REL67 de ABB. Finalmente se enuncian las conclusiones del trabajo desarrollado y las ventajas que este sistema de gestión trae para las diversas áreas de una empresa de transmisión. CONTEXTO HISTORICO Los relés electromecánicos de protección para sistemas de potencia trabajan con el principio de la fuerza mecánica la cual es provocada por el

2 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 accionamiento mecánico de un contacto en respuesta a un estímulo el cual generalmente es un flujo de corriente a través de los devanados sobre un núcleo magnético, he ahí el origen del término relé electromecánico. Un relé electromecánico típico tiene menos de quince ajustes, por lo que la administración de esta información es simple y puede almacenarse en una sencilla hoja. Hoy en día, un relé digital proporciona mayores funcionalidades tales como la secuencia de eventos, registradores de eventos, registradores de perturbaciones (DR), funciones de medición y monitoreo de la calidad de energía. Un relé digital también puede proporcionar información sobre el flujo de carga en la red y la información para los sistemas SCADA. También utilizan avanzados sistemas de comunicación para comunicación con otros relés. La mayoría tiene una lógica programable por el usuario para alterar el funcionamiento del equipo e incluso agregar funciones personalizadas. Todas estas ventajas adicionales traen el incremento de parámetros de ajustes, múltiples grupos de configuraciones, cada una a menudo con lógicas distintas que deben ser configurados por los ingenieros de sistemas de potencia con el software específico del fabricante. La configuración del dispositivo se almacena en un archivo específico para cada fabricante y modelo de relé. Cada grupo de ajustes debe ser archivado de manera que si un relé falla, un relé de reemplazo pueda ser rápidamente sustituido por otro similar y con valores de ajustes equivalentes. Los archivos de configuración también son necesarios para las herramientas de análisis del relé y probar la funcionalidad del dispositivo. Las empresas de transporte de energía utilizan toda esta información de ajustes y configuración de relés de protección por lo cual requieren un sistema que gestione de manera ágil y flexible la información de los ajustes de los relés de protección esto con el fin de llevar un seguimiento histórico de la configuración de relés. Esta herramienta de gestión no solo debe ser un repositorio de archivos de configuración sino también debe ser de una interfaz plana y transparente de cualquier marca de relé de manera que la información pueda ser consultada en tiempo real por todo aquel que necesite realizar consultas sobre datos del sistema de protección de alguna línea o equipo de transformación sin necesidad de 2 tener el software especifico por cada fabricante, a continuación unas necesidades básicas en una empresa de transmisión: Los ingenieros analistas, para el análisis y elaboración de estudios de protección continuamente requieren información de las instalaciones existentes para evaluar el desempeño ante una condición de cambio topológico de la red o modernización de equipos de protección. El ingeniero de centro de control, para validar ajustes de sincronismo o corrientes de acople en situaciones de sincronización y/o transferencias de barra. El ingeniero de subestaciones cuando requiere realizar un cambio de relé fallado por otro similar que tenga ajustes equivalentes necesita del archivo de configuración. El ingeniero de telecomunicaciones cuando requiere información IP s y protocolo de comunicación entre los dispositivos. Frente a esa necesidad de personal de diversas áreas, este software gestor de ajustes debe ser transparente de modo que todo usuario no requiera conocimientos de software específicos por cada fabricante de relé ni tener instalado programas especiales en su computador. En este artículo se muestra la experiencia con un software gestor de ajustes llamado StationWare (de los desarrolladores de DigSILENT), se muestra como este programa brinda las características enunciadas líneas arriba y otras adicionales que ayudarían al proceso de gestión de ajustes. 2 STATIONWARE Los analistas de la operación de una red de transmisión utilizan herramientas asistidas por computadora para la evaluación de la operación y el desempeño de los dispositivos de protección; una herramienta que permita estos análisis es el DigSILENT. El programa está diseñado como un paquete de software avanzado, integrado e interactivo dedicado al análisis de los sistemas de energía eléctrica. El fabricante del DigSILENT también ofrece un software de gestión de ajustes, denominado StationWare el cual es un software que brinda una

3 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 completa base de datos para el registro y administración no solo de los relés de protección sino también de los diferentes equipos de un sistema de potencia tales como interruptores, transformadores de tensión, transformadores de corriente, seccionadores, etc. Además ofrece una plataforma transparente, rápida y amigable para cualquier usuario de modo que para realizar una consulta rápida no es necesario tener instalado el software necesario de cada modelo o marca del relé, por lo cual es una herramienta de carácter universal e integral, que sin importar la referencia del relé, puede mostrar toda su configuración y ajustes. Fuente: Tomado de [2] Gráfica 2. Ventana principal del StationWare Fuente: Tomado de [2] Gráfica. Ventana principal del StationWare Las principales características que ofrece StationWare son: Presentación estructurada de una red de transmisión, por ejemplo en la gráfica 2 se detalla la organización de las subestaciones de REP. Cada elemento se denomina locación y se puede ver que dentro de la locación REP se tienen sublocaciones que son las cuatro direcciones de transmisión. Cada una contiene las subestaciones las cuales tienen a su vez los niveles de tensión y las bahías que contienen a los relés de protección. Registro histórico de cambios de ajustes. Cuando una bahía de algún equipo de transmisión requiere nuevos ajustes, es necesario llevar un registro histórico de las modificaciones, muchas veces se necesita regresar a los ajustes anteriores. En la gráfica 3 se muestra como el StationWare organiza las modificaciones mediante enlaces que llevan a ver los ajustes históricos, asimismo en este enlace puede almacenarse el archivo fuente de configuración del relé. Fuente: Tomado de [2] Gráfica 3. Ventana principal del StationWare Plataforma transparente para la consulta de ajustes. Debido a que el StationWare es una aplicación web brinda a cualquier analista, 3

4 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 operador del centro de control o usuario que requiera información, la facilidad para consultar la configuración y ajustes de los distintos relés de diversas marcas sin necesidad de tener instalado el software específico del relé. En la gráfica 4 se muestra como el StationWare muestra algunos ajustes de una línea de 22kV. estudios de protección no solo intercambiando los ajustes desde el StationWare hacia el software de análisis DigSILENT sino también en viceversa. De esta forma se facilita el trabajo al ingeniero analista para la ejecución de estudios de protección asimismo evitando los errores que podrían producirse durante un proceso manual de carga de miles de parámetros. 3 FILOSOFIA DEL STATIONWARE Y DIGSILENT Para tener un funcionamiento óptimo entre el software simulador y el software gestor se debe tener tres elementos los cuales permiten una funcionalidad óptima de los recursos que el software puede proporcionar. Fuente: Tomado de [2] Gráfica 4. Ventana principal del StationWare 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 relés electromecánicos incluso para algunos relés electrónicos, StationWare brinda la opción de generar reportes para cualquier tipo de relé a partir del registro de ajustes de este modo el analista reduce el tiempo pues ya no deberá generar documentación Excel para relés que no crean reportes de ajuste. Restricciones de seguridad a usuarios. Debido a la confidencialidad de la información entonces StationWare brinda la opción de restringir acceso a la información incluso de manera selectiva de modo que un usuario pueda tener acceso solo a información de sus subestaciones de interés y no a toda la red. Intercambio de datos entre StationWare y DigSILENT. Los relés numéricos modernos tienen una gran cantidad de parámetros, configuraciones y ajustes que son definidos, almacenados y exportados por el software StationWare el cual permite un intercambio de información durante la elaboración de Un problema típico 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 relés que los fabricantes desarrollan. Para efectuar un intercambio adecuado de ajustes se debe tener una metodología que facilite la carga de múltiples 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 relé en DigSILENT con el modelo en el StationWare. Entonces para obtener la máxima utilidad que el StationWare brinda es necesario que cada relé tenga modelado tres elementos que son: Modelo tipo en DigSILENT. Modelo ppsms en StationWare. DPL para exportar e importar ajustes. Gráfica 5. Elementos que definen completamente un relé para StationWare 4

5 Iabs Iabs_.. y4 y3 y DIgSILENT JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 Estos tres elementos que se muestran en la gráfica 5 constituyen una completa definición de un relé para ser utilizado en el StationWare y el DigSILENT, a continuación se detalla la filosofía y principios para lograr el modelamiento de estos tres elementos. 3. MODELAMIENTO DE RELES EN DZ El software DigSILENT tiene modelos de relés para protecciones (librería propia de relés). Sin embargo, el fabricante no ha desarrollado todos los relés del mercado que tiene una empresa de transmisión. El programa DigSILENT permite al usuario implementar sus propios relés a través de modelos creados por el usuario los cuales se denominan modelos compuestos y están definidos mediante una estructura compuesta del relé el cual es conocido en el software como: Relay Frame. 3.. RELAY FRAME El elemento relay frame es una estructura gráfica que define las partes funcionales y conexiones de un relé. El tipo de relé se basa en este el elemento y define las funciones que están implementadas en el relé. El modelo utiliza determinados elementos funcionales estos elementos específicos pueden ser funciones de sobrecorriente, distancia, direccionalidad, polarización, etc. FRAME: 2 3 wir_a.. wir_b.. wir_c.. wix U_A;U_B;U_C iblock iblock y2 2 3 y out El diseño de estas estructuras se describe en el manual de referencias técnicas del programa DigSILENT. En la gráfica 6 se muestra la estructura (relay frame) de un recloser McGRAW EDISON de la marca Copper instalado en la subestación Puno. 3.2 MODELAMIENTO DE RELE EN STATIONWARE Debido a que el StationWare es un software que funciona bajo el entorno de página web; para desarrollar modelos de relés en este programa es básico entender la filosofía de los archivos xml y ppsms, a continuación se detalla XML XML es un lenguaje de marcas desarrollado para estructurar y dar soporte a enormes bases de datos, sus siglas en inglés provienen de extensible Markup Language (lenguaje de marcas extensible). XML permite la interacción entre diferentes aplicaciones y resulta útil cuándo estas se deben comunicar entre sí para integrar información. La característica de este lenguaje es el modelamiento de información estructurada como por ejemplo en la grafica 7 se tiene un sistema de potencia que contiene las direcciones de transmisión y subestaciones que a su vez contiene niveles de tensión, esta información se muestra mediante un archivo XML que permite almacenar información estructurada que nos interesa para lograr un acceso a esta mediante etiquetas de apertura y cierre para los elementos. iblock iblock Gráfica 6. Elemento relay frame del recloser MCGraw Edison 5

6 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 Gráfica 7. Subestaciones organizadas por DT y nivel de tensión Siguiendo este ejemplo de estructura básica de XML podemos generar una base de datos completa de todas las regiones de un sistema de transmisión e incorporar incluso como elementos subestaciones que contengan bahías y relés de protección. Estos archivos también pueden ser creados a partir de una hoja Excel y mediante la creación de variables adecuadas se inicia un formato para un relé. Estas variables pueden ser enteras, reales, de opciones o texto PPSMS Los archivos PPSMS tiene un formato de etiquetas muy similar al formato xml pero en este caso la definición del relé se define mediante etiquetas propias del lenguaje del StationWare; mediante este formato se puede definir incluso modelos de interruptores, transformadores de tensión, transformadores de corriente y otros dispositivos de medición. Gráfica 8. Definición de una función de sobrecorriente en formato ppsms Las etiquetas agrupan características del relé, por ejemplo, en la gráfica 8 se observa la estructura de un relé de sobrecorriente y puede notarse el agrupamiento mediante tres etiquetas que son: Modelo, Data y Misceláneos. Estas tres etiquetas definen completamente un relé de protección para el StationWare. 3.3 DPL ENTRE DigSILENT Y STATIONWARE La máxima potencialidad que se puede obtener con estos softwares es cuando se tiene desarrollado tres elementos para definir y utilizar de manera efectiva la información de un relé, es decir no basta con tener modelado los tipos en DigsILENT y StationWare, sino también debe existir un medio de comunicación de datos entre ambos programas que permita un fácil intercambio de datos de parametrización y ajuste. Este medio se desarrolla en base a un lenguaje de programación propio del DigSILENT denominado DigSILENT programming language (DPL): Entonces para el caso de llevar ajustes desde el StationWare al DigSILENT se utilizan archivos de importación y exportación de datos llamados PPSMS_import y PPSMS_export respectivamente, la programación y desarrollo de cada uno de estos lenguajes se explica a continuación DPL EXPORT 6 Estos archivos se utilizan para cargar un grupo de ajustes desde el DigSILENT hacia el StationWare. En la creación del DPL se debe incluir dos objetos externos denominados relay y map ambos para

7 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 identificar el tipo y modelo del relé en StationWare y DigSILENT respectivamente. Luego de definidos los objetos externos los comandos que se utilizan para el proceso de exportación son: El procedimiento de exportación completa debe ser efectuado por el comando DPL. Este comando debe tener el algoritmo mostrado en la gráfica. Map.SetDouble( StationWare,DigSILENT); Map.SetString( StationWare,DigSILENT); Map.SetDouble exporta variables reales hacia el StationWare así como tiempos de actuación, umbrales de corriente mientras que MapSetString exporta texto como por ejemplo tipo de curva inversa. En la gráfica 9 se expone el ejemplo para un relé de sobrecorriente, las órdenes para cargar los ajustes deben tener la siguiente sintaxis: Gráfica 9. Comando DPL para exportar ajustes del DigSILENT al StationWare Gráfica. Algoritmo para el DPL de exportación 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 7

8 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 para facilitar al ingeniero analista de estudios la carga de ajustes desde los archivos fuente hacia el StationWare y finalmente hacia el software de simulación. De forma análoga al archivo de importación visto en el ítem 3.3. en las graficas y 2 se muestra el diagrama de flujo del algoritmo y los comando DPL a utilizar. Gráfica 2. 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 tensión o tiempos de disparo. SetCurve que importa el tipo de curva por ejemplo para una función de sobrecorriente. 4 APLIACION DE LA METODOLOGIA DESCRITA PARA EL MODELAMIENTO DE RELE REL67 Para la evaluación de la metodología indicada en el capitulo previo se ha modelado el recloser McGrawEdison el cual contempla todas las características propias del fabricante, en la gráfica 2 se muestra el modelamiento del recloser el cual incluye las propias curvas de disparo que el fabricante del recloser provee. Gráfica. Algoritmo para el DPL de importación Gráfica 3. Recloser McGrawEdison 8

9 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 Este recloser se ha modelado tanto para el DigSILENT y el StationWare de manera que es posible la importación y exportación de datos entre ambos software; con este modelo se muestra la funcionalidad óptima del programa explotando al máximo los recursos que brindan ambos software en conjunto. También se ha modelado el archivo ppsms del relé REL67 de ABB por las características de gran cantidad de parámetros que tiene este relé tanto para ajustes de protección, configuración y comunicaciones. Se utilizó un método secuencial, que consistió en obtener datos del relé, editar el archivo xml, cargar el modelo al StationWare y recopilar la información de ajustes del relé REL67 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 relé ABB y ha sido estructurado de manera similar a la estructura que presenta el software PCM6 de manera que los usuarios sientan familiar el modelo. En la gráfica 3 se muestra el resultado del modelo. La carga y edición del modelo ha sido exitosa no solo por contener toda la estructura completa de ajustes del PCM6 sino también por la descripción detallada de cada función del relé y también por los archivos DPL para cargar ajustes al DigSILENT beneficios para una empresa de transmisión, creando costos significativos en la gestión de información de equipos de patio así como placas, documentación de protocolos, manuales de relés, ajustes de relés, ahorro de tiempo en la ejecución de estudios eléctricos, administración histórica de modificaciones y de esta forma asegurar un sistema eléctrico más fiable. El programa permite modelar relés que no han sido desarrollados por el fabricante; esto nos ayuda cuando en campo tenemos dispositivos que requerimos gestionar y que aun no están en el StationWare ni en el DigSILENT. En el artículo se explica la filosofía de funcionamiento entre ambos programas y como obtener la máxima utilidad que estos pueden brindar; asimismo, se ha modelado el archivo ppsms del modelo REL67 para cargar ajustes al StationWare, con este modelo se tiene la premisa para continuar con el moldeamiento de relés que aún faltan tales como el RET67 y el REB67 y de otros fabricantes. Se ha modelado un recloser tanto para el DigSILENT y el StationWare de manera que se muestra la funcionalidad óptima del programa explotando al máximo los recursos que brindan ambos software en conjunto. Gráfica 4. Modelo de Relé REL67 en StationWare CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Este sistema de gestión de relés ofrece un 9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. [] SORRENTINO, ELMER. Adición del modelo de un relé de distancia a un programa de cálculo de transitorios electromecánico en sistemas de potencia. En VIII Simposio Iberoamericano sobre Protección de Sistemas Eléctricos de Potencia. [2] StationWare, software en versión de prueba: [3] HENDERSON, BRAD. Protection relay settings management in the modern world Settings. En SEAPAC 29. HOJA DE VIDA DEL AUTOR. Juan Carlos Durán Espinoza, (BSC. 27), nació en Huancayo (Perú). Egresado de la Universidad Nacional de Ingeniería en 28. Actualmente se desempeña como Ingeniero Analista del equipo de Análisis Operativo de Red de energía del Perú. Sus áreas de interés son: protecciones inteligentes

10 JORNADAS TÉCNICAS ISA - 22 de sistemas de potencia, transitorios, calidad de energía, estabilidad.