Analysis and implementation of IEC-61850 for industrial substation application (oil & gas fields)

Evolution of technology and science has paved the ways for more stable automation system design. In the field of substation automation the need for advanced control techniques with more security has become an essential task. In addition the need of improved engineering solution with interoperability is genuinely an essential requirement of current systems. Field of electrical and automation engineering is an obvious domain of such need for automated systems. The IEC61850 standard addresses this challenge and is the focus of this thesis. The thesis analyses the IEC61850 standard and gives an overview of its content. The analysis has been done in the scope of a practical project TCO-which is an ongoing project in Kazakhstan for substation automation system for Oil and gas fields. The main aspect of the stage was to analyze the short comings of the IEC standard when it comes to its application in oil and gas field as an industrial solution. The needs and demands of Industrial Oil and gas substations are different from Utility substations and thus the benefits of IEC-61850 for both fields are not same, in fact there are some shortcomings which have been realized. The Configuration of protection devices on the basis of IEC-61850 is implemented and resulted designed system is capable of basic client/server communication. Basic services, such as reporting and logging are implemented which allow a client such as a SCADA system to review historical data for a substation and receive reports based on events in the substation. An SCL parser is included in the implementation which allows a substation to be configured according to the SCL configuration file format defined in the IEC61850 standard. A Modbus protocol is also implemented to acquire an essential data through RTU and its delivery to SCADA has been practiced, the entire project played a vital role in comparison of Legacy and modern approach

L’evoluzione della tecnologia e della scienza ha aperto la strada per un design più stabile dei sistemi di automazione. Nel campo dell’automazione delle sottostazioni l’impiego di tecniche di controllo avanzate che garantiscano maggior sicurezza è diventato una necessità. In aggiunta, la necessità di migliorare le soluzioni ingegneristiche con maggior interoperabilità, è diventata una richiesta fondamentale per gli attuali sistemi. Il campo dell’ingegneria elettrica e dell’automazione è un terreno naturale per l’evoluzione di questi sistemi automatici. Lo standard 61850 risponde a queste necessità ed è l’argomento di questa tesi. La tesi analizza lo standard 61850 e presenta una panoramica dei suoi contenuti. Quest’analisi è stata svolta in relazione ad un progetto reale “TCO” che è stato sviluppato in Kazakhstan per un sistema di automazione di sottostazioni nel settore oil and gas. Il principale aspetto dello stage è stato l’analisi dei limiti dello standard IEC-61850 nelle applicazioni oil and gas e nelle soluzioni per l’industria. Le necessità e le esigenze delle sottostazioni nell’industria e nell’oil and gas sono diverse da quelle delle utility. I benefici portati dallo standard IEC-61850 nei due settori sono diversi. Durante lo sviluppo sono stati infatti riscontrati alcuni limiti. Lo sviluppo della configurazione dei dispositivi di protezione basati sullo standard IEC-61850 ha portato a un sistema in grado di comunicare sulla base del meccanismo client/server. I servizi basilari, come il reporting e il logging che sono stati implementati permettono al client (tipicamente uno SCADA) di mostrare i dati storici della sottostazione e ricevere i reports basati sugli eventi che avvengono nella sottostazione stessa. Un parser del file SCL è stato integrato nell’implementazione per permettere di configurare la sottostazione in accordo con la struttura del file SCL stesso come definito nello standard IEC-61850. Nel progetto è stato implementato anche un protocollo MODBUS per acquisire i dati essenziali attraverso un RTU che li fornisce poi allo SCADA. L’intero progetto costituisce un passo vitale per la comparazione tra l’approccio moderno e quello passato.