Automazione di SottoStazioni Elettriche Ferroviarie Duilio Aurini – Antonello Cardani Selta 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 10.000 km linee elettrificate a semplice o doppio binario (altri 10.000 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 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 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 10-15 interconnessioni con ENEL, alcune centinaia di km di linea primaria, 20-25 SSE, un migliaio di km di linee di contatto 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 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 sezionamento automatico della parte di impianto oggetto di guasto il 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) Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: Dati di Impianto Interruttore AT Sezionatore 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 hStati dell’ente hComando dell’ ente hdurata meccanica halimentazione Trasformatore gruppo hStati degli enti hComandi degli enti e del montante hconsumo vita hanalisi gas disciolti hcorrenti dispersione htensioni VSC htemperature Ausiliari 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 hallarmi hStati hcomandi hanomalie Soluzione Proposta: architettura distribuita SSE Lavino IEC 870.5.101/104 VERSO DOTE POSTO OPERATORE 1 IEC 870.5.101/104 VERSO DIAGNOSTICA 19” POSTO OPERATORE 2 SERVER 2 42” SERVER 1 GPS STAMPANTE LIBRO GIORNALE SWITCH Verso Server UCG PATCH PANEL URG 1 OLM2 SERVIZI AUSILIARI + MT OLM2 URG 2 URG 1 PROT. URG 1 URG 3 URG 10 PROT. MONTANTE ARRIVO LINEA F.O. RAME URG 1 URG 1 MONTANTE TRAFO GRUPPO DIAIGTV MONTANTE ALIMENTATORE DIAIGTV CELLA MISURE + SEZIONATORI A CORNA II FILA Soluzione Proposta: architettura concentrata SSE Pontremoli UCG IEC 870.5.101 SLAVE VERSO DOTE/DIAGNOSTICA GPS SWITCH URG CC URG AT I/O I/O DIST. MAX I AT1 DIA ALIM DIST. MAX I AT2 DIA ALIM DIST. MAX I MAX I ALIM 2 AT3 DIA ALIM MAX I ALIM 1 TRAFO GR A E B ALIM 3 Architettura: dettaglio CENTRO STELLA: 9 SWITCH PORTE RAME/FIBRA OTTICA CON ALIMENTAZIONE DUALIZZATA SUPPORTO DI COMUNICAZIONE 9 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 9 POSTO DI CONDUZIONE LOCALE (UCG) 9 APPARATI URG SINCRONIZZAZIONE ORARIA 9 DA ANTENNA GPS CONNESSA ALLO SWITCH 9 IL SEGNALE DI SINCRONISMO E’ TRASMESSO ALL’UCG E ALLE URG TRAMITE LA RETE LOCALE Architettura: apparato URG versione ridotta Posizioni libere per unità di I/O ripetitive Unità Centrale ¾Montaggio:in armadio, su piastra di fondo ¾Altezza: 300 mm ¾Profondità: 190 mm ¾Larghezza: 277 mm ¾Interasse di fissaggio: 260 mm A B C A A A ¾Alimentazione: 24-48 Vcc o 110 Vcc (max 40W) ¾Processore: Motorola 32 bit, clock 25 MHz ¾Schede I/O: fino a 3, con separazione galvanica verso il campo e seguente modularità 964 per DI/DO B B B 916 per Set Point o comandi singoli 932 per AI 8 per AO 9 scheda mista 32 DI + 10 DO + 4 AI 9Scheda 4 porte seriali (x IED) Unità di Servizio Unità Convertitore Architettura: apparato URG versione estesa 533 mm (ETSI") 300 mm RS232 ALARMS B RS232 GPS P RS232 P RS232 B A RS232 A RS232 483 mm (19 ") MOD. MATR. DATE TIME ¾Montaggio: in armadio 19” ¾Profondità: 280 mm ¾Alimentazione: come URG ridotta ma max 170W e dualizzabile ¾Processore: come URG ridotta ma dualizzabile ¾Schede I/O: come URG ridotta ma con capacità max fino a 49 schede I/O (con rack estensione) PC PC IND RUN WD IND RUN WD UNITA' I/O PARALLELE O SERIALI I/O PARALLEL/SERIAL UNITS 01 02 03 04 05 06 VOUT VIN VOUT VIN PARTE BASE BASE PART 07 08 09 10 11 12 Architettura: apparato UCG interfaccia operatore Architettura: apparato UCG interfaccia operatore Architettura: protocolli di comunicazione IEC 870.5.104 ETHERNET PER LAN DI SSE (Colloquio UCG – URG) IEC 870.5.101 SERIALE PER IL COLLOQUIO TRA IL SISTEMA DI AUTOMAZIONE DI SSE ED IL DOTE DI COMPETENZA IEC 870.5.103 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) 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 Architettura: interfaccia con relè di protezione Interruttori AT LAN di SSE in Fibra Ottica (IEC 870.5.104) URG I/O SERIALE PROT. IEC 870.5.103 DISTANZIOMENTRICHE LINEE I/O PARALLELO MAX LINEE LINEE / GRUPPI AT MAX TRAFO GRUPPI Architettura: interfaccia con unità diagnostiche Alimentatori LAN di SSE in Fibra Ottica (IEC 870.5.104) 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 Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: Sottosistema di Diagnostica Diagnostica e manutenzione innovativa Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: Sottosistema di Diagnostica Acquisizione Grandezze Individuazione e Previsione dei guasti Gestione Manutenzione Manuali “on-line” Acquisizione delle Grandezze Massima Integrazione Acquisizione misure cablata tramite trasduttori o seriale tramite IED Unita Periferiche Intelligenti Protezioni Apparecchiature di Diagnostica dedicate 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 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 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