Strategie di rinnovo dei sistemi di automazione di stazione

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1 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 ottobre 2009

2 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

3 Architettura di un Sistema di Automazione di Stazione Livello di stazione APPARATI CENTRALI Livello di stallo UF 1 UF 2 UF.. UF N Livello di processo MODULO 1 MODULO 2 MODULO.. MODULO N

4 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.

5 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.

6 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.

7 L integrazione degli apparati in un SAS Sistemi elettromeccanici Sistemi digitali

8 Gli apparati a livello di stazione: sistemi elettromeccanici AUTOMATISMO Pannello sinottico DI STAZIONE di stazione PANNELLI DI PERMUTAZIONE QUADRO SINOTTICO

9 Gli apparati a livello di stazione: sistemi digitali Eventi HMI Allarmi Diagnostica di sistema Automazione manovre ARMADIO LAN STATION COMPUTER Registrazione guasti Parametri

10 Gli apparati a livello di stallo: i sistemi elettromeccanici MISURE PROTEZIONI ALLARMI COMANDI EVENTI CONTROLLO

11 Gli apparati a livello di stallo: i sistemi digitali PROTEZIONE MONITORAGGIO CONTROLLO

12 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.

13 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; Tipologia D: sistemi Standard l architettura del sistema e gli elementi di interfaccia sono specificati dall utilizzatore; viene adottato il protocollo IEC per l integrazione degli apparati; viene utilizzato il modello IEC 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 IEC IEC IEC IEC IEC IEC 61131

14 Stato dell arte delle installazioni di SAS in Terna Tipologia Consistenza* A: Elettromeccanici non unificati** B: Elettromeccanici Unificati C: Digitali proprietari B C D A D: Digitali Standard*** 2 TOTALE 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

15 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.

16 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.

17 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.

18 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;

19 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

20 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.

21 Caso 1 Rinnovo dell intero impianto

22 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)

23 Caso 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.

24 Caso SAS preesistente di tipologia A (elettromeccanico non Unificato)

25 Caso 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

26 Caso SAS preesistente di tipologia B (elettromeccanico Unificato)

27 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!!!!

28 Caso 2.3 SAS preesistente di tipologia C (digitale proprietario)

29 Caso 2.4 SAS preesistente di tipologia D (digitale Standard) architettura modulare e scalabile specificata dall utilizzatore; adozione dello standard IEC sempre più diffuso nell ambito dell automazione di stazione. Soluzione: utilizzare Unità Funzionali SAS Standard

30 Caso 2.4 SAS preesistente di tipologia D (digitale Standard) IEC IEC IEC IEC IEC IEC IEC IEC IEC IEC IEC IEC 61850

31 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.

32 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.

33 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.

34 Caso 4 introduzione di nuove funzioni in sistemi elettromeccanici Esempi: Adeguamento sistema elettromeccanico al Monitoraggio della Rete Elettrica

35 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 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.

36 Caso 4 introduzione di nuove funzioni in sistemi digitali Esempi: Modifica configurazione apparati Integrazione nel sistema di nuovi apparati (es. WAMS)

37 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

38 Caso 5 Realizzazione o rinnovo di impianti di piccole dimensioni X X XX

39 Caso 5 Realizzazione o rinnovo di impianti di piccole dimensioni

40 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.

41 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 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.

42 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

43 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 ottobre 2009