Propuesta de digitalización de una subestación eléctrica convencional existente en Colombia

Abstract

El concepto de una subestación digital incorpora una solución basada en la implementación del bus de estación y bus de procesos, acorde al estándar IEC 61850, lo cual plantea un reto en cómo debe ser implementada una solución de este tipo, dado que reemplaza los conexionados eléctricos que se hacían con grandes tendidos de cables de cobre por el uso de fibra óptica y redes Ethernet, implicando evidentemente un cambio de filosofía en cómo se lleva a cabo la automatización y modernización de subestaciones eléctricas y la operación de los esquemas de protecciones eléctricas para conservar la seguridad y confiabilidad de los sistemas de potencia.

Por tanto, este trabajo desarrolla una propuesta de digitalización de una subestación eléctrica convencional existente tipo AIS 230kV en configuración doble barra en Colombia y determina las principales características y los aspectos tanto normativos como técnicos más importantes que deben tenerse en cuenta para el diseño de este tipo de soluciones en Colombia, además de establecer el impacto a las protecciones eléctricas, a la disponibilidad y confiabilidad de todo el sistema; de igual forma, se contribuye al uso de herramientas de simulación de redes de comunicaciones como lo es OMNET++, orientadas al análisis de sistemas de potencia en el entorno académico, que permite dar un acercamiento desde el punto de vista de la interacción de los sistemas de protecciones eléctricas con los sistemas de comunicaciones.

Se investigaron sobre los aspectos técnicos, se identificaron los diferentes productos y soluciones que existen en el mercado actual para la digitalización de una subestación eléctrica y con ello se propuso y desarrolló una solución de digitalización, sobre la cual se evaluó el desempeño de las protecciones eléctricas mediante el uso de un software de simulación de sistemas de potencia mediante DIgSILENT para el análisis desde el punto de vista eléctrico y mediante el software de comunicaciones OMNET++ para el análisis desde el punto de vista de la red de comunicaciones. El impacto sobre la disponibilidad y confiabilidad del sistema se determinó mediante la comparación de los índices de disponibilidad sobre los dispositivos de medida, control y protección de la subestación convencional existente y la subestación digitalizada propuesta.

The concept of a digital substation incorporates a solution based on the implementation of IEC 61850 station bus and process bus. The IEC 61850 standard poses a challenge on how a solution of this type should be implemented, because it replaces the electrical connections that were made with large copper cables with the use of fiber optics and Ethernet networks. This idea implies a change in the philosophy of how the automation, modernization of electrical substations, and the operation of protection schemes are performed to maintain the safety and reliability of power systems.

Therefore, this work develops a proposal for the digital transformation of an existing conventional AIS 230kV electrical substation, double bus configuration in Colombia. It determines the main characteristics, the most important regulations, and technical aspects that must be take into account for the design of digital substations. It establishes the impact on electrical protections based on the availability and reliability of the entire system. Likewise, it contributes to the use of communication network simulation tools, such as OMNET ++ oriented to the analysis of power systems in academia.

A digital substation solution was proposed and developed based on technical aspects investigated and available products on the market. Performance of power protection system was evaluated through the use of DIgSILENT (a power system simulation software for the electrical analysis) and OMNET++ (a communication simulation software for the communications network analysis). The impact on availability and reliability of the system was determined by comparing the measuring failure metrics (MTBF,MTTF, MTTR).