UNITROL 5000 Sistemas de excitação para máquinas síncronas de médio e grande porte

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1 UNITROL 5000 Sistemas de excitação para máquinas síncronas de médio e grande porte Copyright 2000 Photodisc, Inc

2 UNITROL 5000 Visão Geral O UNITROL 5000 é o produto mais poderoso da série de sistemas de excitação UNITROL, produzidos pela ABB. O regulador de tensão microprocessado utiliza a mais avançada tecnologia. O desenvolvimento é baseado em mais de 40 anos de experiência em reguladores de tensão semicondutorizados e nos mais de 15 anos em tecnologia de microprocessadores para esta aplicação. Fig 1: As unidades funcionais do UNITROL 5000 têm uma estrutura modular Áreas de aplicação Sistemas de excitação estática (SEE) com alimentação em 50 Hz, 60 Hz ou 16 2 /3 Hz, para correntes de campo de 1000 Acc até superiores a Acc Sistemas de regulação automática de tensão (AVR) para máquinas excitatrizes, com funções especiais. Frequência de alimentação de 16 2 /3 Hz a 400 Hz. Atrativos do regulador Redundância adicional Sistema duplo-canal com retaguarda do regulador de corrente Processamento digital das entradas Medição da tensão trifásica Medição da corrente trifásica Processamento digital dos valores de entrada com processador de sinais Funções adicionais Possibilidade de realizar soluções totalmente através de Software sem hardware adicional Entradas e saídas adicionais Fácil expansão para a quantidade necessária através de dispositivos de ARCnet Digital e analógico Registro de erros e eventos Com marcação de tempo real Possibilidade de interrogatório remoto. Atrativos da seção de potência Redundância do conversor de potência Há possibilidade de até oito conversores em paralelo Redundância do conversor de potência é independente da configuração da regulação. Eletrônica inteligente do conversor de potência Equalização da corrente entre os conversores Operação nos 4 quadrantes (há possibilidade de corrente de excitação negativa) Monitoração da corrente dos tiristores Controle e monitoração do ventilador Monitoração dos fusíveis, da temperatura do conversor e do fluxo de ar Indicação da corrente da ponte. Comunicação com o sistema Regulador de tensão Disjuntor de campo Unidades conversoras de potência Pré-excitação, Crowbar Compatível com os protocolos mais usados em sistemas de controle de nível hierárquico elevado É possível ter um segundo painel de controle na sala de controle, a uma distância de algumas centenas de metros Um serviço de diagnóstico remoto por um escritório da ABB está disponível via Internet utilizando o software AVRview para PC Página 2

3 UNITROL 5000 Configuração do sistema O UNITROL 5000 é projetado em blocos modulares. Mais de 80% de todos os sistemas podem ser feitos com componentes pré-definidos, submetidos aos testes de tipo. Isso garante alta qualidade e faz com que prazos de entrega menores possam ser praticados. A seção de potência consiste em um ou mais conversores tiristorizados, um disjuntor de campo do lado CA ou CC, circuito de pré-excitação e do sistema de desexcitação estática com Crowbar. Alta disponibilidade devido ao regulador de corrente de retaguarda Para aumentar ainda mais a disponibilidade do sistema de excitação, adicionalmente ao regulador de tensão (modo automático) e ao regulador de corrente de excitação (modo manual), pode-se usar um regulador de corrente independente (dispositivo separado com fonte de alimentação, medição e controle dos circuitos de disparo dos tiristores). Através do acompanhamento dos valores de referência dos reguladores inativos é possível fazer uma transferência suave para um regulador de retaguarda, no caso de falha do regulador ativo. S 5 _ D 5 _ A 5 _ Q 5 _ Fig 2: AVR AVR BFCR AVR1 AVR2 AVR1 BFCR AVR2 BFCR E T S AVR: Regulador de tensão (modo automático) com regulador de corrente de campo (modo manual) BFCR: Regulador de corrente de retaguarda As configurações padrão da seção do regulador de tensão e as dos conversores de potência podem ser combinadas livremente, por exemplo, S5T, D5E, A5S, Q5T Menos cabos graças a rede local de ARCnet A transferência de dados dentro do sistema, por exemplo, entre os reguladores de tensão, componentes de potência e dispositivos de interface, é feita através do barramento serial ARCnet. Interfaces adicionais ou painéis de controle podem ser alocados e operados a uma distância de vários milhares de metros, através de cabos ópticos. Conversores de potência seguros e poderosos Tanto conversores de potência compactos da série DCS 500, os do tipo UNL ou Verithyr P1 são usados para o UNITROL O tipo e o número dos conversores são baseados na corrente de campo necessária, na tensão de teto (ceiling) e no máximo ciclo de trabalho requerido pelo cliente. As seguintes opções são disponíveis: Refrigeração forçada ou natural Ventiladores redundantes Possibilidade de manutenção em um conversor de potência durante a operação de sistema (com isolador de 5 pólos). Repartição de corrente entre vários conversores de potência Um novo desenvolvimento feito pela ABB oferece distribuição regulada da corrente total entre as unidades ativas. Isto evita a sobrecarga de ramos de tiristores individuais devido ao fluxo desigual de corrente, reduzindo significativamente a probabilidade de falhas dos conversores (ver figura 3 na página 5). Página 3

4 UNITROL 5000 Funções do software O software bem estruturado do programa padrão já oferece a maior parte da regulação, proteção e funções de monitoração necessárias para uma operação segura do sistema de excitação e para um registro compreensível dos dados e eventos destinados a serviço e diagnóstico. Funções do programa padrão Isto incluí as seguintes funções de excitação específicas: Funções de regulação Regulador de tensão com filtro PID (modo de operação AUTOMÁTICO) Regulador da corrente de campo com filtro PI (modo de operação MANUAL) Compensação de carga reativa e/ou ativa Limitadores para: Corrente de campo máxima e mínima Corrente de estator máxima (indutiva/capacitiva) Sub-excitação P/Q Característica Volts/Hertz Controle de status Canal 1 1 Canal 2 (para sistemas duplo-canal automático) Canal ativo retaguarda (para sistemas com regulador de retaguarda) modo de operação AUTO MANUAL Regulador de fator de potência (cos ϕ) ou de corrente reativa MANUAL restrito Estabilizador de potência do sistema (PSS) opcional convencionais em acordo com IEEE - PSS 2A/2B PSS multibanda (IEEE MB-PSS 4B) PSS adaptativo. Funções de monitoração e proteção Tempo de pré-excitação (escorvamento) Proteção de sobrecorrente (instantâneo/ tempo inverso) Proteção Volts/Hertz Perda de excitação Temperatura do conversor de potência Temperatura do rotor Monitoração dos diodos rotativos Monitoração de condução dos tiristores Monitoração dos fusíveis do conversor Monitoração dos ventiladores do conversor Monitoração dos circuitos de medição. As funções de monitoração podem disparar três tipos de ações: Somente visualização de falha (alarme) Comutação para o segundo canal ou para o regulador de retaguarda (se disponível) ou uso da redundância disponível do conversor Desligamento instantâneo da excitação por razões de proteção. Funções de controle Todos os blocos de funções fixos, para sequências de controle e intertravamento específicas da excitação, são pré-programados. Registro de dados O software do UNITROL 5000 possui um registrador de falhas que pode gravar até 100 eventos e alarmes com marcação de tempo. Os registros são lidos e analisados através do painel de controle ou pelo software CMT. O registrador de dados pode gravar até seis sinais de medição em tempo real. Estes registros podem ser visualizados graficamente na janela de diagnósticos do CMT. Monitoração do processador Auto-diagnose Após ligar a fonte de alimentação, o processador realiza uma auto-diagnose. O processador também monitora as várias tensões de alimentação. Monitoração da execução do programa Internamente, o processador tem uma função vigia (watchdog) que monitora a execução correta do programa. Página 4

5 UNITROL 5000 Funções adicionais do software Para que todas as necessidades do cliente sejam atendidas, as características do sistema de excitação podem ser adaptadas tanto através da extensão do software aplicativo, como pelas funções opcionais do software. Blocos de funções do software aplicativo Adicionalmente às funções padrão do software, blocos de funções universais de vários tipos estão disponíveis no software aplicativo. Estes consistem em rotinas de aplicação testadas, tais como, extensão de entradas/saídas, funções de monitoração específica etc. Estabilizador do sistema de potência (PSS power system stabilizer) A finalidade do estabilizador do sistema de potência é melhorar a estabilidade do gerador e do sistema de transmissão como um todo, usando a excitação para atenuar as oscilações de carga. O PSS influencia a entrada do regulador de tensão extremamente eficaz com sistemas de excitação estática, mas também eficaz com sistemas de excitação rotativo. A ABB oferece três diferentes tipos de PSS: PSS de acordo com IEEE Para o estabilizador de acordo com a IEEE PSS 2A/2B, parâmetros fixos de filtros ajustáveis de avanço / atraso fazem a atenuação otimizada. Para determinar estes parâmetros a ABB possui um software de cálculo que leva em conta os dados do gerador, do sistema de excitação, do transformador e das reatâncias da rede. Estabilizador multibanda (MB-PSS Multiband power system stabilizer) Ao invés de um simples filtro de avanço / atraso o MB-PSS tem três bandas de trabalho ajustáveis, garantindo assim uma ação eficaz em toda faixa de frequência de 0,05 Hz 4,0 Hz. As três bandas são projetadas para atenuar as oscilações eletromecânicas a baixas, médias e altas frequências. Monitoração de diodos rotativos Com este adicional, curtos-circuitos ou circuitos abertos nos ramos do retificador rotativo, usado em sistemas brushless, são detectados em uma larga faixa de rotação. A função de monitoração do software calcula, pelo sinal de corrente de excitação, as harmônicas da frequência da excitatriz. Dependendo da amplitude em relação a corrente de excitação, é possível distinguir um curto de um circuito aberto nos ramos. Pulsos de disparo dos tiristores vindos do AVR Linha de repartição de corrente Fig. 3: Equalização de corrente entre vários conversores do UNITROL 5000 Estabilizador adaptativo do sistema de potência (APSS adaptive power system stabilizer) O estabilizador adaptativo do sistema de potência trabalha com parâmetros variáveis, ajustados por um cálculo contínuo do ponto de operação e do estado atual do sistema de potência. Ao contrário do UNITROL P, o UNITROL 5000 não necessita de hardware adicional. + R S T Σ t } Σ t } Σ t } 1 2 n Página 5

6 COM ACT PAR FUNC SEL LOC REM I UNITROL R RESET 0 REF ENTER # UNITROL 5000 Sistema de comunicação Hoje, um comissionamento e uma operação simples e amigável, é são tão importantes como a facilidade de integração a sistemas de controle de nível hierárquico superior. O UNITROL 5000 oferece muitos tipos de interface homem máquina e também vários acopladores de comunicação para sistemas de controle de nível hierárquico superior. Comunicação com o sistema O painel de serviço SPA é conectado no sistema via RS485. O display de quatro linhas mostra, em texto claro, as funções do sistema, os parâmetros, valores medidos, alarmes etc. O sistema de excitação pode ser controlado por teclas. O painel de controle LCP (que é opcional para sistemas menores) pode ser usado para controle local ou remoto e é conectado via barramento de comunicação ARCnet. O LCP serve para o controle do sistema, para mostrar os valores atuais e os eventos. Ligação óptica para comissionamento e serviço O sistema UNITROL 5000 pode ser conectado a um PC e portanto com o software CMT via um cabo óptico. Isto garante uma comunicação rápida e segura com o sistema de excitação. Integração em sistemas de controle com hierarquia superior é possível realizar a comunicação com sistemas de controle de nível hierárquico mais alto, utilizando o acoplador de comunicação apropriado, que é conectado à interface DDCS (via cabo óptico). Os seguintes protocolos padrão são usados para controle e transferência de dados: MODBUS MODBUS+ Profibus. Diagnose remota Se o sistema de excitação está equipado com a função opcional de Diagnóstico Remoto, a equipe de Serviços da ABB pode, com a permissão do cliente, acessar o sistema via Internet. Para maiores detalhes, por favor, consulte a última página deste catálogo. Fig. 4: Níveis de comunicação para controle e monitoração amigável do sistema UNITROL 5000 Diagnose remota AVRview LAN Firewall Internet LCP Planta geradora Modbus, Modbus+, Profibus etc. Firewall Sistema de excitação Nxxx DDCS RS485 Digital / Analógico E / S Regulador de tensão ARCnet Ethernet TCP/IP # LAN E / S interno CIN... CIN LCP CH2 SPA CIN: Eletrônica do conversor de potência Página 6

7 Visualização do software aplicativo e dos valores dos parâmetros As mesmas ferramentas de software usadas nos sistemas UNITROL F são usadas no sistema UNITROL Estas são as ferramentas GAD e CMT. Ambos provaram ser softwares excepcionais para estas aplicações. Software de engenharia GAD Graphic Application Design (GAD) é um software de programação gráfica para PC. Esta ferramenta tem as seguintes características: Programação do software aplicativo para extensão das funções padrão Editor gráfico para criação e modificação da documentação do programa Layout dos documentos definidos pelo usuário Possibilidade de criação de novos símbolos para documentação. Os softwares aplicativos criados com o GAD são carregados no regulador através do CMT. Ferramenta de manutenção e comissionamento (CMT) Com este software é possível fazer modificações no software aplicativo, monitorar as funções do sistema e mudar os valores dos parâmetros. Através de uma tela o controle do sistema e a monitoração de status podem ser feitas com as seguintes funções: Visualização do oscilograma (trending) Com esta tela (Fig. 5), até seis sinais podem ser observados em tempo real (Oscilógrafo) Todos os sinais disponíveis no sistema podem ser observados neste display Menu amigável para seleção dos sinais, incluindo todos os parâmetros para escala e compensação. Janela de visualização dos parâmetros e sinais Visualização e alteração dos parâmetros ou sinais na forma de tabela Cada parâmetro ou sinal pode ser designado como um grupo de parâmetros ou sinais, que depois pode ser selecionado e processado como um grupo. Outras telas de visualização A janela de registro dos eventos mostra os últimos 100 eventos e alarmes em ordem cronológica. Visualização dos dados gravados ( DLog ), seis canais com até 1000 amostras. Fig. 5: Visualização do oscilograma com CMT Fig. 6 (abaixo): Visualização do software aplicativo e dos valores dos parâmetros com CMT Tela do software aplicativo Tela do software aplicativo (Fig. 6) criado com GAD Tela de valores atuais dos pontos selecionados. Página 7

8 AVRview Diagnósticos remoto para UNITROL 5000 Se um problema ocorrer com seu sistema de excitação UNITROL 5000, você pode obter ajuda rápida e econômica com o diagnóstico remoto. As possibilidades de diagnóstico e resolução de falhas remotamente reduzem custos de viagem e acomodação. Combinação de hardware e software Para utilizar a opção de diagnóstico remoto, o cliente necessita adicionar uma placa (CAP) para cada canal de regulação. Um soquete RJ45 é usado para a conexão, via um cabo Ethernet, com a rede local (LAN) ou via um roteador de Ethernet e um modem. Uma conexão direta entre a CAP e o PC via um cabo Ethernet também é possível. Estarão disponíveis na comunicação não somente todos os sinais e valores de parâmetros importantes, mas também os dados e registradores de dados e eventos para troca de dados. Fig. 8: Na janela de seleção (acima), quaisquer sinais podem ser selecionados para uma visão geral; a janela do registrador de dados apresenta graficamente os sinais armazenados Fig. 7: A visualização de status fornece as informações mais importantes do estado de operação do sistema de excitação AVRview amigável AVRview é a interface do usuário de diagnóstico remoto para Microsoft Windows 2000 e suporta as seguintes funções: Visualização do status de operação Visualização de sinais e parâmetros Modificações de parâmetros Download e visualização do conteúdo do registrador de eventos Download (automático) e edição do conteúdo do registrador de dados Ajuste de horário do relógio e das funções do registrador de dados. AVRview faz o diagnóstico remoto tão simples como um serviço local. Suporte ao cliente com a análise do problema, correção das falhas e otimizações podem ser realizadas via Internet não faz diferença onde o UNITROL 5000 está localizado! ABB Switzerland Ltd Sistemas de excitação estática, reguladores de tensão e dispositivos de sincronização CH-5300 Turgi / Suíça Telefone: +41 (0) Fax: +41 (0) pes@ch.abb.com Internet: /unitrol Para maiores informações sobre o UNITROL, por favor, visite nosso website / unitrol 3B HT R0208 Impresso na Suíça (0306-PDF) Reservamos o direito de realizar alterações ocasionadas pelo desenvolvimento técnico.