Automazione di SottoStazioni Elettriche Ferroviarie. Duilio Aurini Antonello Cardani Selta

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1 Automazione di SottoStazioni Elettriche Ferroviarie Duilio Aurini Antonello Cardani Selta

2 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: INTRODUZIONE Le linee di trazione elettrica delle Ferrovie dello Stato sono alimentate a 3kVcc, attraverso sottostazioni elettriche (SSE) di trasformazione e conversione poste lungo linea ad una distanza variabile tra 15 e 35 km. Oltre km linee elettrificate a semplice o doppio binario (altri km per scali e stazioni) Circa 400 SSE gestite complessivamente Tensione di alimentazione SSE a 150, 132 e 66kV ed in alcuni casi casi in MT (sempre più frequenti) Tensione di alimentazione prelevata da elettrodotti FS o direttamente da stazioni e/o linee ENEL

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4 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: INTRODUZIONE Schema elettrico SSE tipica prevede: Parco primario in AT con due elettrodotti che si attestano in entra esci su una sbarra AT. Due gruppi trasformazione raddrizzatori da 5,4 MW A valle dei raddrizzatori segue il parco 3kV in corrente continua con la sbarra (omnibus) da cui partono le linee di contatto (trazione elettrica) specializzate per direzione, per binario e protette dai relativi interruttori extrarapidi. Servizi di alimentazione ausiliaria

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6 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: INTRODUZIONE Tutto il sistema elettrico di trazione, dalle linee in alta tensione a quelle di contatto, è comandato e controllato per aree geografiche attraverso centri di telecomando e telecontrollo (DOTE) computerizzati. Attualmente il sistema è distribuito su 21 impianti DOTE (Dirigente Operativo Trazione Elettrica) dai quali viene costantemente controllato lo stato delle apparecchiature in SSE, con particolare riguardo agli interruttori e sezionatori che vengono manovrati in caso di guasto e per esigenze operative o manutentive pianificate. Ogni DOTE ha mediamente giurisdizione su interconnessioni con ENEL, alcune centinaia di km di linea primaria, SSE, un migliaio di km di linee di contatto

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8 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: INTRODUZIONE Esigenza di ottimizzare la gestione complessiva del sistema, puntando al miglioramento dell affidabilità e della disponibilità dell alimentazione della trazione elettrica PASSI FONDAMENTALI: Sviluppo degli standard per la costruzione nuove SSE e il rinnovo completo di quelle esistenti includendo il sistema di automazione e diagnostica Sviluppo di sistemi ridotti di automazione e diagnostica da inserire sulle SSE esistenti. Sviluppo delle funzionalità dei posti centrali DOTE con diminuzione del numero degli stessi (14) e aumento della giurisdizione territoriale

9 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: Funzionalità Richieste Supervisione e Comando dell impianto sia da Postazione Operatore Locale (UCG) sia da Postazione Operatore Remota (DOTE) Controllo in tempo reale del funzionamento degli enti di SSE Ottimizzare la ricerca guasti tramite informazioni dettagliate, precise e puntuali Gestione degradata della SSE mediante l individuazione ed il sezionamento automatico della parte di impianto oggetto di guasto Riconfigurare automaticamente la SSE, dopo Apertura Generale, alla situazione impiantistica precedente, con con auto-isolamento del montante guasto. Analisi dello stato di funzionamento e di usura delle apparecchiature (manutenzione preventiva e predittiva)

10 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: Dati di Impianto Interruttore AT hstati degli enti hcomandi degli enti e del montante hmisura tempi di manovra htensione bobine hassorbimenti anomali hdensità gas SF6 husura contatti hcorrente d arco hcontinuità circuiti Trasformatore gruppo hstati degli enti hcomandi degli enti e del montante hconsumo vita hanalisi gas disciolti hcorrenti dispersione htensioni VSC htemperature Sezionatore AT hstati dell ente hcomando dell ente hdurata meccanica halimentazione Raddrizzatore hstati degli enti hcomandi degli enti e del montante htensioni diodi htensioni ponte raddrizzatore Alimentatore hstati degli enti hcomandi degli enti e del montante hcorrenti hvita residua hnumero scatti htempi di manovra Ausiliari hallarmi hstati hcomandi hanomalie

11 Soluzione Proposta: architettura distribuita SSE Lavino IEC /104 VERSO DIAGNOSTICA SERVER 1 IEC /104 VERSO DOTE SERVER 2 POSTO OPERATORE 1 19 POSTO OPERATORE 2 42 GPS STAMPANTE LIBRO GIORNALE Verso Server UCG SWITCH PATCH PANEL URG 1 OLM2 OLM2 SERVIZI AUSILIARI + MT URG 2 F.O. RAME URG 1 PROT. MONTANTE ARRIVO LINEA PROT. URG 1 MONTANTE TRAFO GRUPPO URG 3 URG 1 DIAIGTV MONTANTE ALIMENTATORE URG 10 DIAIGTV URG 1 CELLA MISURE + SEZIONATORI A CORNA II FILA

12 Soluzione Proposta: architettura concentrata SSE Pontremoli UCG IEC SLAVE VERSO DOTE/DIAGNOSTICA GPS SWITCH URG AT URG CC I/O DIST. MAX I AT1 I/O DIA ALIM ALIM 1 DIST. MAX I AT2 DIA ALIM ALIM 2 DIST. MAX I AT3 DIA ALIM ALIM 3 MAX I MAX I TRAFO GR A E B

13 Architettura: dettaglio CENTRO STELLA: SWITCH PORTE RAME/FIBRA OTTICA CON ALIMENTAZIONE DUALIZZATA SUPPORTO DI COMUNICAZIONE CAVO IN RAME PER LA CONNESSIONE ALLO SWITCH DELL UCG E CAVO F.O. MULTIMODALE PER L CONNESSIONE ALLO SWITCH DELLE URG CONNESSIONI ALLA STELLA POSTO DI CONDUZIONE LOCALE (UCG) APPARATI URG SINCRONIZZAZIONE ORARIA DA ANTENNA GPS CONNESSA ALLO SWITCH IL SEGNALE DI SINCRONISMO E TRASMESSO ALL UCG E ALLE URG TRAMITE LA RETE LOCALE

14 Architettura: apparato URG versione ridotta Posizioni libere per unità di I/O ripetitive A B A B A B Unità Centrale A B C Unità di Servizio Unità Convertitore Montaggio:in armadio, su piastra di fondo Altezza: Profondità: Larghezza: Interasse di fissaggio: 300 mm 190 mm 277 mm 260 mm Alimentazione: Vcc o 110 Vcc (max 40W) Processore: Motorola 32 bit, clock 25 MHz Schede I/O: fino a 3, con separazione galvanica verso il campo e seguente modularità 64 per DI/DO 16 per Set Point o comandi singoli 32 per AI 8 per AO scheda mista 32 DI + 10 DO + 4 AI Scheda 4 porte seriali (x IED)

15 MOD. MATR. Architettura: apparato URG versione estesa 533 mm (ETSI") 483 mm (19 ") A B RS232 RS232 A B RS232 RS232 ALARMS GPS P RS232 P RS mm DATE TIME PC PC Montaggio: in armadio 19 IND RUN WD IND RUN WD VOUT VIN VOUT VIN Profondità: Alimentazione: Processore: Schede I/O: 280 mm come URG ridotta ma max 170W e dualizzabile come URG ridotta ma dualizzabile come URG ridotta ma con capacità max fino a 49 schede I/O (con rack estensione) UNITA' I/O PARALLELE O SERIALI I/O PARALLEL/SERIAL UNITS PARTE BASE BASE PART

16 Architettura: apparato UCG interfaccia operatore

17 Architettura: apparato UCG interfaccia operatore

18 Architettura: protocolli di comunicazione IEC ETHERNET PER LAN DI SSE (Colloquio UCG URG) IEC SERIALE PER IL COLLOQUIO TRA IL SISTEMA DI AUTOMAZIONE DI SSE ED IL DOTE DI COMPETENZA IEC SERIALE (punto-punto/punto-multipunto) PER IL COLLOQUIO URG PROTEZIONI AT (Distanziom. e Max I per A.L.; Max I per Trafo Gr.) MODBUS RTU SERIALE (punto-punto/punto-multipunto) PER IL COLLOQUIO URG - APPARATI DI DIAGNOSTICA ALIMENTATORI LE SOLUZIONI SELTA PREVEDONO DI BASE L UTILIZZO DI PROTOCOLLI STD IEC (garanzia per il cliente di completa interoperabilità con apparati terzi)

19 Architettura: interfaccia con unità diagnostiche Interruttori AT UCG MEDIA CONVERTER FIBRA OTTICA MEDIA CONVERTER PROTOCOLLO SERIALE (Modbus RTU o Proprietario) DIA AT 1 DIA AT 2 DIA AT n

20 Architettura: interfaccia con relè di protezione Interruttori AT LAN di SSE in Fibra Ottica (IEC ) URG I/O SERIALE PROT. IEC I/O PARALLELO DISTANZIOMENTRICHE LINEE MAX LINEE MAX TRAFO GRUPPI LINEE / GRUPPI AT

21 Architettura: interfaccia con unità diagnostiche Alimentatori LAN di SSE in Fibra Ottica (IEC ) URG I/O PARALLELO I/O SERIALE PROT. MODBUS DIA ALIM 1 DIA ALIM 2 DIA ALIM N 1 LINK PER ALIMENTATORI BINARI PARI + 1 LINK PER ALIMENTATORI BINARI DISPARI

22 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: Sottosistema di Diagnostica Diagnostica e manutenzione innovativa

23 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: Sottosistema di Diagnostica Acquisizione Grandezze Individuazione e Previsione dei guasti Gestione Manutenzione Manuali on-line

24 Acquisizione delle Grandezze Massima Integrazione Acquisizione misure cablata tramite trasduttori o seriale tramite IED Unita Periferiche Intelligenti Protezioni Apparecchiature di Diagnostica dedicate

25 Previsione dei guasti MISURAZIONI ED ALGORITMI STRETTAMENTE CORRELATI SIA AL COMPONENTE CHE ALLA GRANDEZZA FISICA SOTTO OSSERVAZIONE RILEVAZIONE DATI SULL USURA DEI COMPONENTI E DELLE LORO PARTI MANUTENZIONE PREVENTIVA INTERATTIVITA CON L OPERATORE/MANUTENTORE E CONSEGUENTE DISPONIBILITA DELLE ESPERIENZE NEL SISTEMA DISPONIBILITA DEL KNOW-HOW

26 Gestione della Manutenzione MISURAZIONE DELL USURA DI UN COMPONENTE CON CONSEGUENTE ALLARME DI PREVISIONE O NECESSITA DI EFFETTUARE INTERVENTO DI MANUTENZIONE MEMORIZZAZIONE DEGLI INTERVENTI E BANCA DATI STORICA PER COMPARAZIONI E STATISTICHE GESTIONE DELLA MODULISTICA IN ACCORDO AGLI STANDARD DELL UTILIZZATORE GESTIONE DEI RICAMBI

27 Manuali on-line Simile all Help di Window consente di puntare sul monitor gli elementi di impianto ed ottenere un testo descrittivo del componente prescelto con le indicazioni tipiche, ma guidate e facilitate, del manuale di uso e manutenzione