Infraestructure & Cities Sector Smart Grid Division La solución de Siemens para un sistema de protección, control y medición convencional aplicado a la industria. www.siemens.com.mx
1. Introducción En Siemens nos preocupamos por las necesidades de nuestros clientes y nuestra misión es proveer productos y soluciones para mejorar la eficiencia, el manejo y la gestión de energía eléctrica. Por tal razón, nos hemos dado a la tarea de apoyar a nuestros clientes industriales para proveerles una solución de protección y control para sus subestaciones eléctricas. Entendemos que el negocio de algunos de nuestros clientes no está enfocado en el diseño e instalación de subestaciones eléctricas, y por lo tanto, cuando requieren construir una nueva planta, ampliar una existente o diseñar una nueva subestación, deben tener un aliado especializado como Siemens para que los soporte y asesore en este tipo de proyectos, principalmente en la parte de Protección y Control de la Subestación. 2. Descripción del Sistema Para acotar nuestra solución, vamos a tomar como base una subestación con las siguientes características: Una Línea o acometida para interconexión con la Comisión Federal de Electricidad en 115kV Dos Transformadores de potencia de 115/13.8kV. A continuación vamos a describir el esquema de protección y control de cada una de las bahías indicadas en la Figura 1 2.1 Esquema de Protección y Control para una Línea/acometida en 115kV Para el esquema de protección y control de la acometida en 115kV vamos a tomar en cuenta las especificaciones de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en cuanto al esquema de protección, debido a que CFE debe de asegurar la correcta operación de la subestación en caso de alguna falla en la línea que interconecta con la red de distribución de CFE, proporcionando así una mayor confiabilidad en el suministro de energía eléctrica para la nueva planta. Este esquema de protección estará basado en las siguientes especificaciones: CFE V6700-62-2006 Tableros de Protección, Control y Medición para Subestaciones Eléctricas NRF-0041-CFE-2005 Esquemas Normalizados de Protecciones para Líneas de Transmisión CFE G0000-81-2008 Características Técnicas para Relevadores de Protección LSPA No. 66/2013 Listado de Sistemas de Protección Aprobados En este caso en específico, nuestro esquema de protección para la línea estará conformado por lo siguiente: Un Relevador de protección de Distancia (21) como protección principal, con función de recierre (79) Marca Siemens, modelo 7SA522 Un Relevador de protección de sobrecorriente direccional (67/67N), con función de falla de interruptor (50FI) Marca Siemens, modelo 7SJ64 Los relevadores contarán con un protocolo de comunicación de acuerdo al estándar IEC 60870-5-103 para integración al sistema de automatización de la subestación. La medición de variables eléctricas (V, I, W, VAr) se realizará a través de los relevadores de protección. El relevador 7SJ64 mostrará las alarmas generadas por el monitoreo de la línea en su parte frontal a través de LEDs programables en el equipo y proporcionará un listado gracias a su display gráfico. También llevará a cabo el control local de la línea, mediante sus botones de control para poder manipular el equipo primario, abrir/cerrar interruptor y cuchillas asociadas. Los equipos se montarán en el frente de un gabinete de acero estructural con grado de protección NEMA 12 con dimensiones 800mm de frente, 800mm de fondo y 2300mm de altura, el acceso será por la parte posterior. También contará con bloques de prueba para ser montados en el frente del gabinete, los cuales aislarán los disparos (locales y remotos) y salidas de control de los relevadores de protección, con el fin de supervisar el comportamiento de los equipos en modo de prueba, además de permitir la medición e inyección de tensiones y corrientes cuando se realicen simulaciones y pruebas al esquema de protección. 2.2. Esquema de Protección y Control para un Transformador de Potencia de 115/13.5kV Para el esquema de protección y control de los Transformadores, vamos a considerar los siguientes equipos: Relevador de protección diferencial de transformador (87T) como protección principal marca Siemens, Modelo 7UT612, el cual proporciona funciones de protección de respaldo de sobrecorriente (50/51) tanto para el lado de alta del transformador, como para el lado de baja tensión. Relevador de protección de sobrecorriente (50/51H) con función de sobrecorriente para el neutro del transformador (51NT) y falla de interruptor (50FI), marca Siemens, Modelo 7SJ64 Los relevadores contarán con un protocolo de comunicación de acuerdo al estándar IEC 60870-5-103 para integración al sistema de automatización de la subestación. La medición de variables eléctricas (V, I, W, VAr) se realizará a través de los relevadores de protección. El relevador 7SJ64 mostrará las alarmas generadas por el monitoreo de la línea en su parte frontal a través de LEDs programables en el equipo y proporcionará un listado, gracias a su display gráfico. También será el encargado de realizar el control local de la línea, mediante sus botones de control para poder manipular el equipo primario, abrir/cerrar interruptor y cuchillas asociadas.
Figura 1. Muestra un diagrama unifilar con nuestra propuesta de protecciones. Figura 2. Muestra el arreglo de los equipos instalados en el gabinete para el esquema de protección de la línea.
Los equipos se montarán en el frente de un gabinete de acero estructural con grado de protección NEMA 12 con dimensiones 800mm de frente, 800mm de fondo y 2300mm de altura, el acceso será por la parte posterior. También contará con bloques de prueba para montados en el frente del gabinete, aislarán los disparos (locales y remotos) y salidas de control de los relevadores de protección, con el fin de supervisar el comportamiento de los equipos en modo de prueba, además de permitir la medición e inyección de tensiones y corrientes cuando se realicen simulaciones y pruebas al esquema de protección. Los equipos se montarán en el frente de un gabinete de acero estructural con grado de protección NEMA 12 con dimensiones 800mm de frente, 800mm de fondo y 2300mm de altura, el acceso será por la parte posterior. También contará con bloques de prueba para montados en el frente del gabinete, aislarán los disparos (locales y remotos) y salidas de control de los relevadores de protección, con el fin de supervisar el comportamiento de los equipos en modo de prueba, además de permitir la medición e inyección de tensiones y corrientes cuando se realicen simulaciones y pruebas al esquema de protección. 2.3. Sistema de Automatización de la Subestación Como parte de nuestra solución, proponemos un sistema para la visualización y control de la subestación que proporciona una disponibilidad constante y una eficiencia económica en el suministro de energía eléctrica. El sistema propuesto es un SICAM PAS el cual cuenta con alta escalabilidad y estructura moderna y es capaz de adaptarse a este concepto en específico, ofreciendo la posibilidad de ampliarse en un futuro. El SICAM PAS integrará los valores y señales recabadas por los relevadores de protección a través del protocolo IEC 60870-5-103 mediante una red serial RS-485, en donde el sistema generará una base de datos y la convertirá en una interfaz gráfica de fácil manejo para el usuario, con el fin de monitorear y controlar la subestación desde una estación de operación. Este sistema podrá instalarse tanto en un gabinete de características similares a los propuestos para los esquemas de protección, como en una estación de trabajo (escritorio) El sistema SICAM PAS estará compuesto por los siguientes elementos: Servidor para aplicaciones industriales tipo PC ya sea para montaje en Rack de 19 con en escritorio, con procesador de última generación, 4GB de memoria RAM, disco duro S-ATA de por lo menos 160GB, DVD-RW, 4 puertos USB y un puerto Ethernet, con monitor y teclado. Inversor de 1200 VA con Voltaje de entrada de: 125VCD y Voltaje de Salida de 120VCA Software de visualización SICAM SCC con driver de comunicación con protocolo IEC 60870-5-103 para la adquisición y procesamiento de datos para visualización y monitoreo de la subestación. Software de adquisición y procesamiento de datos SICAM PAS Full Server Driver de comunicación con protocolo IEC 60870-5-103 para la adquisición de datos proporcionados por los relevadores de protección Software DIGSI 4 para la configuración de relevadores SIPROTEC 4 La funcionalidad del sistema es capaz de adaptarse a cualquier aplicación gracias a su gran escalabilidad. Si las exigencias crecen, el sistema también lo hará. Independientemente del número y la variedad de las funciones, un banco de datos central se encarga de asegurar que cada dato sólo tenga que introducirse en el sistema una vez. Así se garantiza la consistencia de los datos y se minimizan los esfuerzos. El sencillo manejo en un entorno WindowsTM acorta los periodos de aprendizaje del sistema, al tiempo que permite una alta productividad y ofrece una gran seguridad de servicio. La configuración y la automatización gráfica contribuyen a simplificar la parametrización y a reducir los costos. Las herramientas de diagnóstico optimizadas ofrecen en todo momento información detallada sobre los procesos y sistemas, tanto de modo local como remoto. Gracias a una representación sencilla y clara, el usuario está siempre perfectamente informado y puede tomar en cada caso la decisión correcta con rapidez. Dante Arroyo Meléndez dante.arroyo@siemens.com Francisco Tapia Figueroa francisco.tapia@siemens.com El SICAM PAS brindará al usuario la información necesaria para la toma de decisiones cuando se tenga alguna contingencia. Además proporcionará información esencial cuando ocurra alguna falla y así se pueda determinar su causa y realizar las acciones correctivas o preventivas para que dicha contingencia no ocurra de nuevo.
Figura 3. Muestra el arreglo de los equipos instalados en el gabinete para el esquema de protección del Transformador de Potencia. Figura 4. Muestra la arquitectura de comunicación del sistema propuesto.