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Automatización de los listados de señales de la ingeniería del sistema integrado de protección y control de una subestación eléctrica

Publicado: 16/02/2021

Comunicación presentada al VII Congreso Smart Grids

Autores

  • David Llombart Estopiñan, Director de Subestaciones Eléctricas, Fundación Circe
  • Jose María Marro Guerrero, Smart Grid Devices, Network Technology Iberia, E-Distribución redes digitales
  • Carlos Silvestre Roy Gordo, Investigador/Técnico Subestaciones Eléctricas, Fundación Circe

Resumen

Este proyecto da los primeros pasos de automatización de la realización de la ingeniería del sistema integrado de control y protección (SICP) de una subestación eléctrica de una compañía eléctrica. CIRCE y E-Distribución redes digitales (EDRD), han diseñado una aplicación para realizar automáticamente los listados de señales de las tarjetas de telecontrol, con las que se programa la base de datos de la RTU de la SET. La aplicación, recoge la información de los esquemas desarrollados, la trata y ordena, y crea las hojas Excel de señales rellenadas tal y como tiene estandarizado EDE. Ello ha conseguido ahorrar mucho tiempo, tanto el propio de rellenar los listados manualmente, como el de corregir los errores que se detectaban al comprobar la base de datos. La investigación realizada en este proyecto, permite ser optimistas en la creación de un paquete de herramientas que permita automatizar gran parte de los procesos de realización de la ingeniería SICP, tanto de nuevas subestaciones como de reformas de subestaciones actuales, sin tener que adecuar previamente la ingeniería existente.

Palabras clave

Subestaciones, Distribución, Control, Operación, Protección y Automatización.

Antecedentes

Descripción ingeniería de control y protección de una subestación eléctrica

La ingeniería de detalle del sistema integrado de control y protección (SICP) de una subestación eléctrica está compuesta por las colecciones de cada posición (línea, transformador, batería de condensadores, medida de barras, RTU, etc.), cada colección está formada por los esquemas desarrollados, esquemas de conexionado, listados de componentes, listados de señales, etc.

En los esquemas desarrollados se representan los distintos circuitos de funcionamiento del sistema, además de estos y para facilitar su seguimiento, se realizan las tablas de referencias de páginas de los circuitos y contactos de los esquemas de control de la aparamenta, de los IEDs y de todos los relés auxiliares, magnetotérmicos, pulsadores, etc, que componen el sistema SICP de la posición.

En los esquemas de conexionado se representa como se tienen que conectar los terminales de cada IED o componente del sistema SICP, mediante hilos con las bornas de los armarios, y la de estos, mediante mangueras de hilos, con las bornas de los cajones de control de la aparamenta.

Los listados de señales de la ingeniería SICP de E-Distribución redes digitales (EDRD), son unas hojas Excel con el formato normalizado, en el que se rellenan los datos de las tarjetas de señales, mandos y medidas de las tarjetas de telecontrol de todas las posiciones de la SET. A partir de ellas, y de los listados de señales de los IEDs de la SET, EDE realiza la base de datos de la Remote Terminal Unit (RTU) de la SET, equipo con el que se conecta la SET con el centro de control de EDE.

Actualmente los esquemas de la ingeniería SICP de una compañía eléctrica se realizan con un software CAD, y los listados en hojas Excel. Estos esquemas están compuestos por líneas y textos, sin ningún tipo de “inteligencia” implementada, por lo que realización de los índices, listados, tablas de referencias, esquemas de conexionado, se realizan manualmente a partir de la información de los esquemas desarrollados. Los listados también se rellenan manualmente a partir de la información implementada en los esquemas desarrollados.

El número total de esquemas y hojas de listados que forman la ingeniería SICP de una subestación mediana, puede estar entre 1.000 y 2.000. Una grande, 4.000, 5.000, etc. Estos números dan una idea de la cantidad de datos, metidos a mano, que hay en la ingeniería SICP de una subestación eléctrica.

La realización de los circuitos de funcionamiento del sistema SICP conllevará entre el 40 % y 70 % del tiempo de realización de la ingeniería, dependiendo de la complejidad de la misma. El resto de trabajo, de menor dificultad técnica pero no menos laboriosidad, es la realización de los cajetines, índices, tablas, listados y esquemas de conexionado.

Programas informáticos existentes para realizar ingeniería SICP

Desde hace años existen varios programas informáticos para realizar ingeniería SICP, estos programas realizan automáticamente los cajetines, índices, tablas, listados y esquemas de conexionado. Para posibilitar esto en los esquemas desarrollados hay que implementar cierta “inteligencia” en los dibujos, es decir, hay implementada información oculta que permite automatizar, por lo que realizar estos mediante este tipo de software cuesta más tiempo que si se realizan de manera “tradicional”.

Estos programas informáticos no han sido utilizados por las compañías eléctricas, porque el implementar el proyecto tipo (proyecto a partir del cual se realiza la ingeniería SICP de una posición) de una compañía eléctrica requeriría mucho esfuerzo inicial, ya que habría que redibujar todo el proyecto en los formatos del software y dotarles de los atributos que aportan la “Inteligencia” a los esquemas. Además, la compañía no podría realizar con este software trabajos de reformas del sistema SICP de posiciones existentes (que es gran parte del trabajo que tiene una compañía actualmente), ya que costaría más implementar la ingeniería existente en el software, que realizar el trabajo tal y como se realiza ahora. Otra razón, es que EDE no quiere depender de un software comercial, ya que dependería completamente de él.

Necesidad planteada para automatizar la ingeniería SICP de EDE

Debido a las razones de no implantar un software comercial de ingeniería SICP, EDE tomó la determinación de realizar aplicaciones propias, por lo que, la solución para automatizar la realización de los cajetines, índices, tablas, listados y esquemas de conexionado, pasa por realizar aplicaciones que sean capaces de leer la ingeniería actual, sin tener que aplicar, a poder ser, “inteligencia” previamente.

Proyecto

El objetivo del proyecto es crear una aplicación que cree los listados de señales de la ingeniería SICP de EDE, a partir de los esquemas desarrollados de la misma, sin tener que variar el formato de los mismos ni aumentar el tiempo de su realización.

El objetivo secundario, y no menos importante, es investigar la posibilidad de extraer la información necesaria de los esquemas, tal y como están realizados actualmente, para poder automatizar procesos de realización de ingeniería SICP.

El escenario del proyecto representado de la Figura 1 está formado por actores digitales: los esquemas desarrollados en CAD, la base de datos y el listado de señales Excel. Y, en este escenario, la automatización mediante sistemas informáticos es la herramienta que mejor se adapta.

Figura 7
Figura 7. Escenario digital. Base de datos, CAD y Excel

Metodología y recursos

Para la realización de esta tarea CIRCE, en colaboración con E-Distribución redes digitales (EDRD), ha creado una aplicación desarrollada en .NET[1]. Para ello, se ha aplicado el paradigma de Programación Orientada a Objetos, aprovechado las ventajas que .NET ofrece. Algunas de estas ventajas son: el soporte de múltiples lenguajes de programación, el fácil desarrollo basado en componentes, la simplificación del despliegue de las aplicaciones, el amplio soporte para la Biblioteca de Clases Base, etc. Para la creación de dicha aplicación se ha utilizado el editor de código Microsoft Visual Studio Community 2015.

El formato de los esquemas desarrollados es DWG (DraWinG), formato nativo del software AutoCAD de Autodesk, y la extracción de información de los esquemas desarrollados en DWG se emplea un conjunto de funciones y procedimientos; un API (Application Programming Interface)[2]. Autodesk proporciona este API con el objeto de que los desarrolladores de aplicaciones creen herramientas y nuevas tecnologías, que amplíen sus productos ofreciendo: eficiencia, integración, adaptación y automatización. El espacio de nombres de este API es Autodesk.AutoCAD y se integra perfectamente en el editor de código Microsoft Visual Studio Community 2015.

La información relativa a las señales de las tarjetas de telecontrol de la subestación eléctrica se encuentra en un archivo con formato MDB (Microsoft Data Base), propiedad de EDE. Se trata de una base de datos con la que se complementa información extraída de los esquemas desarrollados, y aporta datos para completar los listados de señales en Excel. En la plataforma .Net, contamos con el espacio de nombres System.Data que proporciona clases y herramientas que permiten acceder a la información de este tipo de archivos.

El último actor del escenario es un archivo tipo plantilla Excel. Será el destino final de la información extraída de los esquemas desarrollados y complementada con la información de la base de datos. Con este elemento, la aplicación se comunica empleando otro conjunto de herramientas que, .Net, agrupa en el espacio de nombres Microsoft.Office.Interop.Excel.

A los esquemas desarrollados se les ha dotado de cierta “inteligencia”, añadiendo unos objetos creados para ser leídos por la aplicación. Éstos, garantizan el 100% de fiabilidad de los datos obtenidos. Podemos ver estos objetos en la Figura 2.

Figura 8.
Figura 8. Objetos añadidos a los esquemas desarrollados.

El reto de la aplicación es extraer del archivo DWG información relacionada con estos bloques y que está contenida en textos, como los de la Figura 3. Estos están situados en determinada posición, con respecto a dichos bloques, que hay que seleccionar de entre el resto de los textos.

Figura 9.
Figura 9. Ejemplo de textos.

Otro ejemplo de información extraída de los esquemas desarrollados lo vemos en la Figura 4. Al tratarse de unos esquemas estandarizados, los textos cumplen unos criterios en cuanto a forma, codificación y posición que ocupan en el dibujo.

Figura 10.
Figura 10. Datos extraídos de los esquemas desarrollados.

En otras ocasiones, la información se obtiene de objetos del dibujo, como líneas situadas en determinada posición. Es el caso de la Figura 5, en el que la línea situada encima del texto “255” determina que la señal de la tarjeta de telecontrol es negada. La aplicación determina, por tanto, que la señal es negada, y así lo recogerá en el listado de señales.

Figura 11.
Figura 11. Ejemplo de señal negada mediante una línea dibujada encima del texto.

Resultados

Se ha logrado una aplicación compatible con el escenario digital, que extrae de los esquemas desarrollados en CAD la información necesaria, y completa con esta información los listados de señales de las tarjetas de telecontrol. La tarea la realiza en segundos, sin cometer errores de transcripción.

Se ha conseguido leer y transcribir gran parte de información de los esquemas desarrollados, no obstante, para este proyecto se decidió dotar de cierta “inteligencia” al proyecto tipo para poder recoger una serie de datos, se decidió realizar así, porque garantiza la fiabilidad del 100%, el esfuerzo no es muy grande y una vez realizado en el proyecto tipo, no hay que volver a realizarlo cuando se confecciona la ingeniería de cada subestación.

Esta aplicación ha permitido eliminar los errores que se cometían al realizar los listados de señales de cada posición, estos eran subsanados una vez se realizaba la base datos de la RTU de la SET y las pruebas de puesta en marcha de la SET.

La implementación de la aplicación en el proceso de realización de la ingeniería SICP de EDE, ha contribuido a eliminar el tiempo de realización de los listados de señales por un lado, y a eliminar el tiempo de solventar los errores, por otro.

En la Figura 6 se muestra una pequeña parte del archivo Excel completado con el formato requerido, los datos rellenados son los reflejados en rojo y en verde.

Figura 12.
Figura 12. Listado de señales.

Conclusiones

La aplicación creada, representa un primer paso en la automatización de la ingeniería (SICP). Se ha logrado extraer información relacionada con los bloques “inteligentes” añadidos en los esquemas, y más importante, se ha logrado extraer, sin errores, la información necesaria para rellenar el listado de señales, de textos implementados en los esquemas.

En el futuro, posiblemente, los bloques “inteligentes” no serán necesarios, una vez desarrollados los esquemas por parte de ingeniería, se automatizarán para llegar a la base de datos de la RTU directamente. Será el proceso mas lógico, ir suprimiendo pasos; así, posiblemente, el archivo Excel desaparezca, sustituido quizás por un informe opcional sin vinculación con la base de datos de la RTU.

La investigación realizada y el conocimiento adquirido por EDE y CIRCE en la realización de este proyecto, permite ser optimistas en la creación de un paquete de herramientas que permita automatizar gran parte de los procesos de realización de la ingeniería SICP de la compañía, no sólo para realizar los cajetines, índices, tablas, listados y esquemas de conexionado, si no para realizar otro tipo de procesos como sustitución de IEDs o aparamenta.

Referencias

  • [1] https://docs.microsoft.com/es-es/dotnet/visual-basic/ (02/2019)
  • [2] https://www.autodesk.com/developer-network/platform-technologies/autocad (02/2019)

 

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