Automazione di SottoStazioniElettriche Ferroviarie

Duilio Aurini – Antonello CardaniSelta

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 disponibilitàdell’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:INTRODUZIONE

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)

Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica:Funzionalità Richieste

Interruttore AT

hStati degli entihComandi degli enti e del

montantehmisura tempi di manovrahtensione bobinehassorbimenti anomalihdensità gas SF6husura contattihcorrente d’arcohcontinuità circuiti

Trasformatore gruppohStati degli entihComandi degli enti e del

montantehconsumo vitahanalisi gas discioltihcorrenti dispersionehtensioni VSChtemperature

Alimentatore

hStati degli entihComandi degli enti e del

montantehcorrentihvita residuahnumero scattihtempi di manovra

Raddrizzatore

hStati degli entihComandi degli enti e del

montantehtensioni diodihtensioni ponte raddrizzatore

Sezionatore AT

hStati dell’entehComando dell’ ente hdurata meccanicahalimentazione

Ausiliari

hallarmihStatihcomandihanomalie

Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica: Dati di Impianto

IEC 870.5.101/104 VERSO DOTE

IEC 870.5.101/104 VERSO DIAGNOSTICA

URG 2

URG 1

MONTANTE ARRIVO LINEA MONTANTE TRAFO

GRUPPO

URG 3

URG 1

URG 10

URG 1

MONTANTE ALIMENTATORE

URG 1

CELLA MISURE + SEZIONATORI A CORNA II FILA

SWITCH

URG 1

POSTO OPERATORE 1

19” POSTO OPERATORE 2

42”SERVER 1

SERVER 2

SERVIZI AUSILIARI + MT

GPS

PATCH PANEL

F.O.

RAME

PROT.

PROT.

DIAIGTV

DIAIGTV

OLM2 OLM2

Verso Server UCG

STAMPANTE

LIBRO GIORNALE

Soluzione Proposta: architettura distribuita SSE Lavino

Soluzione Proposta: architettura concentrata SSE Pontremoli

SWITCH

URG AT

I/ODIST. MAX I

DIST. MAX I

DIST. MAX I

MAX I MAX I

AT1

AT2

AT3

TRAFO GR A E B

URG CC

I/O

DIA ALIM

DIA ALIM

DIA ALIM

ALIM 1

ALIM 2

ALIM 3

UCG

GPS

IEC 870.5.101 SLAVE VERSO

DOTE/DIAGNOSTICA

Architettura: dettaglio

CENTRO STELLA: SWITCH PORTE RAME/FIBRA OTTICA CON ALIMENTAZIONE DUALIZZATA

SUPPORTO DI COMUNICAZIONECAVO IN RAME PER LA CONNESSIONE ALLO SWITCH DELL’UCG E CAVO F.O. MULTIMODALE PER L CONNESSIONE ALLO SWITCH DELLE URG

CONNESSIONI ALLA STELLAPOSTO DI CONDUZIONE LOCALE (UCG)APPARATI URG

SINCRONIZZAZIONE ORARIADA ANTENNA GPS CONNESSA ALLO SWITCHIL SEGNALE DI SINCRONISMO E’ TRASMESSO ALL’UCG E ALLE URG TRAMITE LA RETE LOCALE

B

C

A

B

A

B

A

B

A

Posizioni libereper unità di I/O ripetitive Unità Centrale

Unità di Servizio Unità Convertitore

Architettura: apparato URG versione ridotta

Montaggio:in armadio, su piastra di fondo

Altezza: 300 mm

Profondità: 190 mm

Larghezza: 277 mm

Interasse di fissaggio: 260 mm

Alimentazione: 24-48 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)

MATR.

MOD.

UNITA' I/O PARALLELE O SERIALII/O PARALLEL/SERIAL UNITS

PARTE BASEBASE PART

VINVOUT

VINVOUT

PC

INDRUNWD

P

RS2

32

B

A

RS23

2R

S232

PC

INDRUNWD

P

RS2

32

B

A

RS23

2RS

232

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

483 mm (19 ")

533 mm (ETSI")

300

mm

ALARMS

TIME

DATE

GPS

Architettura: apparato URG versione estesa

Montaggio: in armadio 19”

Profondità: 280 mm

Alimentazione: come URG ridotta ma max 170W e dualizzabile

Processore: come URG ridotta ma dualizzabile

Schede I/O: come URG ridotta ma con capacità max fino a 49 schede I/O(con rack estensione)

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)

DIA AT 1 DIA AT nDIA AT 2

MEDIA CONVERTER

PROTOCOLLO SERIALE

(Modbus RTU o Proprietario)

UCG

MEDIA CONVERTER

FIBRA OTTICA

Architettura: interfaccia con unità diagnostiche Interruttori AT

URG

I/O PARALLELO

I/O SERIALE

PROT. IEC 870.5.103

DISTANZIOMENTRICHE LINEE

LAN di SSE in Fibra Ottica(IEC 870.5.104)

LINEE / GRUPPI AT

MAX � LINEE MAX � TRAFO GRUPPI

Architettura: interfaccia con relè di protezione Interruttori AT

URG

I/O PARALLELO

I/O SERIALE

PROT. MODBUS

DIA ALIM 1 DIA ALIM N DIA ALIM 2

1 LINK PER ALIMENTATORI BINARI PARI + 1 LINK PER ALIMENTATORI BINARI DISPARI

Architettura: interfaccia con unità diagnostiche Alimentatori

LAN di SSE in Fibra Ottica(IEC 870.5.104)

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”

Sistema Innovativo di Automazione e Diagnostica:Sottosistema di Diagnostica

Acquisizione delle Grandezze

Acquisizione misure cablata tramite trasduttori

o seriale tramite IED

Unita Periferiche Intelligenti

Apparecchiature di Diagnostica

dedicate

Massima Integrazione

Protezioni

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