*Buenos Aires 87. Paraná (E3100BQA). Entre Ríos. Argentina – e-mail : agmaxit@enersa.com.ar

X I V E R I A C

ANILLO OPTICO DE MAXIMA CONFIABILIDAD Y DESEMPEÑO PARA EL SISTEMA ELECTRICO DE ENERSA

Armando G. MAXIT* Carlos A. DI PALMAENERSA TRANELSAArgentina Argentina

Resumen – Este trabajo presentará la adopción de nueva tecnología en Sistema de Comunicaciones por parte de ENERSA (Energía de Entre Ríos S.A., Argentina), para acompañar el crecimiento de su Red de 132kV de la ciudad de Paraná, así como para la integración de la nueva estación de 500kV con quien se vinculará.

Palabras clave: SDH - Fibra Optica - Anillo Optico - ADSS - OPGW - Protección de Línea

1 INTRODUCCIÓN

Este trabajo presentará la selección realizada para contar con un Sistema de Comunicaciones de gran ancho de banda por parte de ENERSA, para acompañar el crecimiento de su Red de 132kV de la ciudad de Paraná, así como para la integración de la nueva estación de 500kV con quien se vinculará.

La conformación de su nueva red de 132kV hizo necesario adoptar la decisión de implementar un sistema de comunicaciones digital SDH capaz de integrar la totalidad de servicios que ya disponía ENERSA, así como para adicionar nuevas funciones y servicios que incrementaran en forma importante la Confiabilidad de su Sistema Eléctrico de Potencia.

2 DESCRIPCION

ENERSA disponía de sistemas de comunicaciones de tecnología eléctrica (onda portadora analógica y radioenlaces en Spread Spectum) con determinada prestación y características acorde a la etapa previa a los nuevos proyectos de Redes 132 y 500kV que se encontraban en desarrollo, por lo cual se hacia imprescindible migrar hacia un sistema de comunicación digital:

de gran ancho de banda alta capacidad de trafico gran velocidad de transferencia de datos

con amplias facilidades de crossconexiones y enrutamiento de manera de poder intercambiar información:

entre las cuatro estaciones transformadoras de 132 kV (EE.TT). de su red en la ciudad de Paraná. la integración al anillo de un nodo en su Casa Matriz, ubicada en el centro de la ciudad, considerar que una de las E.T. se encuentra el Centro de Control SCADA y desde allí salen las

comunicaciones de datos SCADA y voz operativa al resto del sistema de ENERSA. tener aptitud suficiente para intercambio de información hacia la nueva estación de 500kV a

construirse en el corto plazo.

Los objetivos incluían obtener: Alta Confiabilidad en la operación del Sistema Eléctrico 132kV Alta Disponibilidad en la transmisión de información, y con baja tasa de error (corrupción minima

de paquetes) Transmisión de funciones agregadas como IP-VPN, Redes LAN Ethernet, videoconferencia Trafico de voz y datos para las áreas administrativas y comerciales

La forma óptima para obtenerlo consistía en implementar un sistema SDH operando en jerarquía digital STM-1, en configuración de anillo óptico, para disponer la protección de camino (path protección) y con ello obtener los objetivos arriba enumerados.

La vinculación óptica de soporte al Sistema SDH (que será analizado en detalle en punto 10) fue previsto en una combinación de soluciones, adecuada a lograr la máxima Confiabilidad del Sistema a que asistirá, y lograr figuras mínimas de Indisponibilidad (NAi) coherente con los criterios adoptados para el sistema de comunicaciones en si mismo. Ello significó considerar:

a) tramos de cable óptico totalmente dieléctrico ADSS, de experiencia de desempeño comprobadab) tramos de cable óptico ADSS nuevo, con el debido proyecto y especificación para lograr máximo

desempeño y seguridad, sobre postación de Líneas de 132 kV.c) tramos de cable óptico ADSS nuevo, sobre tendidos aéreos callejeros.d) tramos de cable óptico subterráneo.

En particular se proyecto el cable óptico ADSS nuevo, mínimamente considerando: efecto de tracking sobre la cubierta del cable doble armadura de Kevlar esfuerzos mecánicos de tiro deflexión e interacción entre cable ADSS y conductores de fase procedimientos de instalación y tendido que eviten microcurvaturas y elongaciones

excesivas en las fibras utilización del criterio de responsabilidad unificada entre el fabricante de cables ópticos y los

elementos de instalación del mismo (desempeño integrado)

Los terminales/equipos SDH operaran en modo A&D de forma que puedan ser insertados y extraídos la totalidad de tributarios eléctricos, así como realizar las crossconexiones indicadas en la canalización prevista en proyecto. Para lo cual se utilizará sistema de digital de crossconexion DACS (digital access cross connection system)

Las interconexiones deberán ser posibles de ejecutar: en jerarquía STM-1, para transferencia con otros sistemas en la eventual expansión futura del

Sistema SDH por parte de ENERSA hacia jerarquías digitales mayores en jerarquía E1, para eventual transferencia con sistemas PDH

3 ENLACE OPTICO

Fue realizado el estudio detallado del enlace óptico: entre dos emplazamientos de peor condición: para funciones de protección; para inserción y

extracción de datos entre EETT entre extremos total del enlace: para transmisión de datos end-to-end

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El cálculo de enlace ha considerado las condiciones de peor caso y para jerarquía digital STM-1, operando en tercera ventana óptica con fibras single mode (G.652). Considera las condiciones desfavorables:

atenuación de fibras ópticas para la condición de post-instalación envejecimiento de emisores ópticos atenuación de conectores, pigtails, empalmes margen por futuros empalmes eventual incremento de atenuación en fibras por baja temperatura (contracción del ADSS) eventual incremento de atenuación en fibras por esfuerzos mecánicos de tiro

La opción elegida de cables ópticos como soporte del sistema SDH (a diferencia del soporte por radio) permitirá a ENERSA importantes ventajas como:

expansiones futuras utilizando igual cable óptico (cantidad de fibras) expansiones adicionales futuras en caso de migración hacia múltiplexación por longitud de onda

(adicionado de WDM)Debe mencionarse que las distancias entre emplazamientos involucrados permitían establecer enlaces sin utilización de booster y preamp, con lo cual la Disponibilidad (Ai) del Sistema no se vería reducida por los MTBFs de tales elementos.

4 FUNCIONES A SER TRANSMITIDAS

El Sistema SDH previsto permitiría la transmisión de las funciones siguientes, que se visualizan en la fig. 1: protección digital de las Líneas telecontrol y operación en tiempo real (SOTR) voz operativa (troncales de enlace, abonados remotos) vinculación de redes LAN Ethernet interconexión con otros sistemas SDH y PDH videovigilancia de EETT de nivel critico y/o visualización de estado de equipamiento de AT transmisión de datos hacia Maestras del Sistema de Automatismo DAG/DAC (futuro a la época de

proyecto) transmisión de ordenes del Sistema de Automatismo DAG/DAC (futuro a la época de proyecto)

Fig. 1. Funciones a ser transmitidas por cada nodo del anillo 5 CARACTERISTICAS DEL SISTEMA SDH

5.1 Gestión

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Dentro de la trama STM-1 se dispondrá de canales que permitirán que el Sistema SDH sea controlado desde la oficina O&M de ENERSA, logrando con ello:

efectivo troubleshooting reconfiguraciones evaluación de desempeño

Con lo cual evaluar anticipadamente eventuales degradaciones del Sistema SDH, así como minimizar los traslados del personal a los sitios, todo lo cual beneficiará enormemente a la empresa ENERSA, logrando la combinación de bajas figuras de Indisponibilidad NAi en los enlaces, con mínimos costos de mantenimiento

5.2 Supervisión

Todos los nodos SDH estarán supervisando el funcionamiento de la transmisión de datos. El software asegurará el control y mantenimiento de los datos, y en caso de degradación, el sistema NMS optará por una ruta alternativa

5.3 Capacidad de ruteo

La posibilidad A&D de extracción e inserción enlaces PCM en el sistema SDH hará que el Operador ENERSA pueda disponer de servicios de banda ancha fácilmente, habida cuenta que no será necesario equipamiento adicional para rutear un nuevo enlace.Desde el sistema de gerenciamiento remoto se podrá establecer una nueva ruta mediante la digitalización de órdenes/comandos consecuentes

5.4 Inmunidad

Fue requerido que el Sistema SDH posea un diseño específico apto para Redes AT, tal que garantice el desempeño pleno frente a interferencias electromagnéticas (EMC), así como soportar los niveles de impulso eléctrico y transitorio en los puntos de entradas y salidas cumplimentando IEEE C37.90.1 y/o IEC 60255-4

5.5 Sincronización

Adicionalmente a lo mencionado sobre que los objetivos del Sistema SDH para ENERSA era la necesidad de incrementar la capacidad de transmisión de datos y su confiabilidad, otra ventaja sustancial que logrará es la posibilidad de sincronización de equipos extremos del Sistema SDH, para el caso de transmisión de datos a alta velocidad. Ello redundara en una mejor transferencia de datos hacia/desde el Centro de Control CDC, a partir del nodo SDH de ET Paraná Norte

La sincronización del Sistema SDH se obtendrá asignando a uno de los Nodos la función Master y operando con sincronismo a partir del oscilador interno (propio clock). El resto de equipos que conforman el Sistema SDH conformarán una cadena de sincronización a partir del Master.

La sincronización se ha previsto con protección de clock, así como también con aptitud para sincronizarse eventualmente desde una fuente externa de clock (receptor GPS disponible en remotas de telecontrol y otros equipos), en caso que lo ameritara.

En caso de cambio de referencia de clock, los Nodos SDH se auto-sincronizarán y operarán en modo autónomo mediante el oscilador interno ya mencionado.

5.6 Gestionamiento del Sistema SDH

Se ha previsto un sistema de gestión NMS propio y exclusivo del sistema SDH que permita: la configuración (en etapa de instalación) y la reconfiguración (en etapa de operación) de todos y

cada uno de los nodos SDH que formen parte del Sistema realización de los enrutamientos en forma pre-asignada ó nuevos monitoreo y alerta sobre degradación del Sistema detección y análisis de fallas en todos y cada uno de los elementos del Sistema incorporación de futuros nuevos tributarios en ciertos nodos SDH configuración local y remota de módulos, puertos, fuentes de sincronismo, etc.

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Supervisión continua del Sistema SDH Decisión de fecha de actualización de equipos para extensión de vida útil (curva de lambda creciente

por inicio de obsolescencia)

La gestión prevista abarcara todos y cada uno de los elementos del Sistema así como del Sistema SDH completo.

El gerenciamiento podrá realizarse desde cualquier nodo SDH en forma local, así como en forma remota desde oficinas del Operador ENERSA, mediante el uso de un canal dentro de la trama STM-1 y cumplimentando con UIT-T G.784

6 INTERFACES

En el proyecto del Sistema SDH se han previsto las siguientes interfaces:

6.1 Digitales de baja velocidad

Aptas para señales menores a 64kbps protocolo de datos sincrónicos, y menores a 38,4kbps asincrónicos, con interfaz V.24/RS232C, V.28, V.35 (según corresponda).

6.2 Digitales de velocidad media

Aptas para señales menores nx64kbps protocolo sincrónicos, con interfaz V.35, así como para señales de 64kbps codireccional con interfaz G.703

6.3 Digitales de velocidad alta

Aptas para señales de tramas eléctricas E1, con interfaz G.703

6.4 A frecuencia vocal

para troncales analógicas, con interfaz 4W, E&M para troncales digitales E1, con interfaz G.703 para abonados remotos, con interfaz a 2W lado abonado FXS; con interfaz a 2W lado Central

Telefónica FXO

6.5 Redes LAN

Aptas para vinculación de redes, con interfaz Ethernet 10Base T.

7 DISPONIBILIDAD Y TASAS DE ERROR

En función del objetivo detallado al inicio, el Sistema SDH deberá poseer altas figuras de Disponibilidad (Ai) Anual Total, para todas y cada una de las señales e información a ser transmitidas.

Para lo cual fue analizado, entre otros: valores de MTBF de cada equipo y elemento del Sistema SDH valores de MTBF del vinculo óptico de soporte (ADSS, etc.) valores de MTTR abarcativos desde la producción de la falla hasta la efectiva y correcta restauración

del Sistema (incluyendo la re-sincronización)

Se ha considerado que el sistema NMS de gestión arriba descripto incidirá grandemente: en la minimización de cantidad de fallas (diagnostico precoz) en la rápida reparación (localización y adecuado repuesto) en el mínimo tiempo de recuperación del sistema (optimización de traslados y resultados)

Se ha considerado como criterio que una falla será tomada como tal en caso que la tasa de error de la función transmitida sea peor que BER:10exp-3

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En caso de sistema degradado (10 exp-3 < BER > 10 exp-6), no será considerado como falla, dándose alerta urgente de la condición del sistema

Se han previsto necesarias tasas de error según la función a ser transmitida, para peor condición, tal como sigue:

para transmisión de señales de voz: BER:10 exp-3 para transmisión de datos: BER:10 exp-6 para transmisión de videoconferencia (o equivalente): BER:10 exp-9

8 GESTIONAMIENTO DE FIBRAS OPTICAS

No se ha previsto para la etapa de proyecto actual, pero posible de considerar en el futuro, el sistema de gestión remota de las fibras ópticas de cada uno de los cables ópticos utilizados.

Ello permitiría aumentar la Disponibilidad y Confiabilidad del Sistema SDH, al monitorear y controlar el desempeño del elemento de soporte, adicionándolo a la gestión del equipamiento.

Dado el numero de fibras disponibles, seria conveniente adoptar el criterio de uso de una fibra óptica dedicada para el realizar el monitoreo continuo del desempeño de las FOs de cada cable óptico (variación de atenuación), mediante sensores de, al menos, verificación de esfuerzos mecánicos (estiramiento, microcurvaturas, rotura).

Cada tramo de cable óptico seria monitoreado por la unidad de medición (OTDR+CPU+elementos) a ser instalada en la ET extremo del cable óptico específico.

En un Nodo a determinar se dispondría de la Unidad Central de Gestión que recibiría la información de cada unidad de medición remota, y volcaría dicha información sobre un mapa de la red de cables ópticos, señalando la ubicación de la fibra degradada.

9 PROTECCION DE LINEAS 132KV

El criterio adoptado para implementar la protección de Líneas consistió en el uso de protección distanciométrica (función 21) asistida por comunicaciones, a través de una configuración redundante de transmisión de información, basada en el esquema de Protecciones SEL adoptado por ENERSA.

El esquema normalizo el uso en cada extremo de línea de un rele SEL 421 como protección de distancia, implementando una doble comunicación entre los reles colaterales de cada línea, usando dos puertos de comunicaciones serie RS 232C, a través de caminos distintos, esto es mediante:

a) una canalización con fibras ópticas dedicadas e independientes (fo3, fo4) entre los reles, permitiendo la intervinculación directa de los mismos mediante protocolo propietario Mirrored Bits.

b) una canalización utilizando el sistema SDH, con interfaz eléctrica RS232C. El sistema SDH utilizara fibras diferentes (fo1, fo2) en su vinculación directa pero ademas ofrece un camino alternativo a través del resto del anillo.

Como se observa el criterio adoptado asegura la duplicación independiente de envíos, proporcionado al Sistema de Protección una muy alta Confiabilidad para la transmisión de la información, usando una comunicación directa entre reles, basada en el protocolo del fabricante, sin el uso de equipos intermedios de teleprotección tradicionales.

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Fig. 2. Esquema de Protección de Línea Asistido por doble vía de comunicaciones

10 VINCULACIONES OPTICAS

Los tramos de vinculación óptica entre los distintos nodos del anillo fueron analizados separadamente y se selecciono el tipo de cable, el montaje y la trayectoria mas conveniente para cada caso, considerando diversos factores como ser la factibilidad de montaje sobre postación de 132 kV, la conveniencia de usar dicha postación en zonas desfavorables, la necesidad de atravesar zonas en su mayor parte densamente pobladas, en especial el casco céntrico de la ciudad, la facilidad de montaje de los diferentes tendidos y que la realización de la obra tuviera el menor impacto posible.

Los tramos de vinculación entre el nodo Casa Matriz y los nodos ET Paraná Oeste y Norte se proyecto el tendido de cable ADSS nuevo, en forma aérea, conformando un tendido aéreo callejero, para lo cual se considero el aprovechamiento de soportes y fijaciones existentes en fachadas y el agregado de los que fuera necesarios.

El tramo ET Paraná Este – ET Paraná Norte se proyecto usando cable ADSS montado en postación existente de LAT 132 kV.

En el tramo ET Paraná Sur – ET Paraná Oeste se opto por un tendido subterráneo, debido a que parte de la postación de LAT que llega a la ET Paraná Oeste es una doble terna, y no existían muchas posibilidades de sacarla de servicio para el montaje del cable por no ser posible anillar la carga que da servicio este ET a través de otras líneas de distribución, y que además esta postación esta ubicada en parte dentro de una basurero a cielo abierto y de zonas de difícil acceso. Se proyecto entonces hacer un tendido subterráneo, colocando un tritubo plástico para contar con reserva futura de otros tendido, el cual se haría a cielo abierto, pero luego al realizar la obra se opto por utilizar tunelera en todo el recorrido, disminuyendo así las molestias a vecinos y minimizando el impacto del tendido subterráneo.

11 INTEGRACION ENTRE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA

Con los mismos objetivos antes planteados para el anillo óptico integrador del Sistema 132kV de ENERSA, se decidió la forma de implementar la vinculación de las comunicaciones de la nueva ET Paraná 500/132kV, utilizando un segundo anillo óptico para enlazar el Sistema de 500 kV, logrando de esta forma total transferencia de información entre ambos sistemas eléctricos de potencia, con la topología mostrada en la figura 3.

Para la vinculación óptica del segundo anillo se consideraron las características de las nuevas líneas de 132 kV que saldrían desde la ET 500 kV hacia las estaciones de 132 kV de ENERSA de la zona de Paraná (tres líneas en total), por lo que se decidió el uso de cables OPGW en las nuevas líneas de 132 kV y el uso de ADSS en tramos que utilizan como postación la línea existente.

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Para la dos Líneas Nuevas que unirán la ET 500 kV con la ET Paraná Norte de ENERSA se considero el uso de protección diferencial de línea (función 87L) mientras que para las líneas restantes se proyecto el uso de protección distanciométrica (función 21), manteniendo el esquema de Protecciones SEL adoptado por ENERSA. Por ello, las tres líneas de la zona de Paraná contaran con servicios de comunicaciones asistidos por el doble anillo óptico, continuando el esquema redundante usado para las estaciones del primer anillo. Las dos líneas restantes que salen de la ET 500 kV hacia el resto del sistema de ENERSA contaran con asistencia de comunicaciones a través de Onda Portadora, con transferencia de disparos a través de ordenes de teleprotección tradicionales.

Se proyecto además mantener inalterada las comunicaciones de los canales de datos y voz operativa que deben hacer transito en la nueva ET 500 kV y desde allí continuar hacia el resto de las estaciones del sistema.

Fig. 3. Topología de Primer y Segundo Anillos Ópticos

12 CONCLUSIONES

Se considera que con las previsiones de proyecto y los improvements tenidos en cuenta en la solución del proveedor del Sistema SDH, ENERSA logrará un Sistema 132kV sustancialmente mas confiable y con muy baja indisponibilidad, acorde con la nueva etapa que inicia. Durante la puesta en servicio del sistema SDH, así como durante su integración con otros sistemas de Terceros, se realizaran mediciones y pruebas de la totalidad de desempeños para comparar los resultados con las previsiones originales. Ello será probablemente objeto de un trabajo para Cigre, analizando la efectividad de resultados.

13 REFERENCIAS

[1] “Optical fibre planning guide for power utilities”, Cigre SC35.WG.04 (1992). www.cigre.org.[2] “New optical access technogology”, Cigre D2. WG.D2.15 (2001). www.cigre.org.[3] Mahlke and Gossing, “Fiber Optic Cables”, Siemens (1993)[4] “Guide for planning of power utility digital telecomm networks”, Cigre SC35.WG.02 (1989).

www.cigre.org.[5] “Synchonous transmission systems”, Nortel+ABB (2002)

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