Décimo Segundo Encontro Regional Ibero-americano do CIGRÉ Foz do Iguaçu-Pr, Brasil - 20 a 24 de maio de 2007

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1 SISTEMA DE CHAVEAMENTO AUTOMÁTICO PARA RÁPIDA ENERGIZAÇÃO DE FASE RESERVA EM BANCOS DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Fernando G. A. de Amorim* Nelson P. Ram os** * Treetech Sistem as Digitais Ltda. ** Furnas Centrais Elétricas S/A RESUMO Devido à regulamentação do setor elétrico no Brasil, a indisponibilidade de equipamentos de transmissão de potência, como por exemplo transformadores de potência, implica em altíssimas multas ao proprietário do equipamento, independentemente da indisponibilidade ter sido causada de forma planejada ou não. Dentro deste contexto, uma unidade reserva para um banco de transformadores monofásicos tem se mostrado não ser suficiente. Isto se deve ao longo tempo de substituição de uma das fases pela fase reserva e também para a restauração para a fase original, inviabilizando trocas temporárias para manutenção e acarretando um longo tempo para restauração do sistema em caso de falha inesperada em um dos transformadores. Para acelerar este processo de substituição, Furnas adotou um sistema com um barramento de transferência e seccionadoras motorizadas, associadas a um sistema de controle digital, para permitir tanto substituições automáticas como manuais. Este artigo descreve a topologia adotada e o sistema de controle digital utilizado para o sistema de chaveamento implementado na subestação de Rio Verde, em dois bancos de kV. A experiência de campo com a implementação e operação deste sistema nos últimos dois anos são apresentados, descrevendo os resultados práticos obtidos. PALAVRAS-C HAVE Transformadores, Seccionadoras, Chaveamento automático, Intertravamento, Automação, Intelligent Electronic Devices, IED. 1

2 1. INTRODUÇ ÃO Devido à regulamentação do setor elétrico no Brasil, a indisponibilidade de equipamentos de transmissão de potência, como por exemplo transformadores de potência, implica em altíssimas multas ao proprietário do equipamento, independentemente da indisponibilidade ter sido causada de forma planejada ou não. Dentro deste contexto, uma unidade reserva para um banco de transformadores monofásicos tem se mostrado não ser suficiente. Isto se deve ao longo tempo de substituição de uma das fases pela fase reserva e também para a restauração para a fase original, processo esse que leva cerca de 16 horas, inviabilizando trocas temporárias para manutenção e acarretando um longo tempo para restauração do sistema em caso de falha inesperada em um dos transformadores. Para acelerar este processo de substituição, Furnas adotou um sistema com um barramento de transferência e seccionadoras motorizadas, associadas a um sistema de controle digital, para permitir tanto substituições automáticas como manuais. 2. DESCRIÇÃO DA TOPOLOGIA ADOTADA Atualmente existem, na subestação de Rio Verde - Goiás, dois bancos de transformadores monofásicos de kV, além de um delta terciário de 13.8kV, como mostra a Figura 1. Futuramente, um terceiro banco será construído. Figura 1 Vista Geral do Sistema de Controle 2

3 3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE CO NTROLE DIGITAL O sistema de controle e comando do chaveamento visa, primeiramente, eliminar a grande quantidade de cabos que se resultam quando um sistema centralizado convencional é adotado, onde a informação de cada seccionadora deve ser levada à sala de controle através de cabeamentos, a vários metros do pátio da subestação. Para atender a este requisito, um sistema de controle foi desenvolvido com uma arquitetura modular e descentralizada, baseada em IED s (Intelligent Electronic Devices) modelos DM1 e DM3 fornecidas pela Treetech, instaladas no cubículo comum de cada banco de transformadores, próximo as seccionadoras. Estas IED s são módulos de entrada/saída desenvolvidos especificamente para as condições de pátio da subestação, como altas temperaturas e interferências eletromagnéticas. Eles recebem o status aberta/fechada das seccionadoras e enviam comandos abrir/fechar, sendo interligadas a uma unidade terminal remota instalada na sala de controle por fibras óticas (um par para cada banco de transformadores). A arquitetura deste sistema pode ser vista na Figura 2. IHM (Computador) Seccionadoras Cubículo Comum IED s Fibra Ótica CLP Pátio da Subestação Figura 2 Arquitetura de um Sistema Descentralizado Sala de Controle 3

4 A unidade central de controle realiza toda a lógica de intertravamento bem como as sequências de chaveamento, tanto para substituir uma fase em falha por uma fase reserva como para retornar à fase original, obedecendo sempre as pré-condições estabelecidas, como por exemplo, o banco deverá estar isolado nos lados de 230, 138 e 13.8kV. Estas sequências podem ser realizadas em modo automático, onde toda a operação de substituição é feita sem a necessidade de intervenção do operador, e em modo manual, onde cada abertura ou fechamento de seccionadoras é supervisionada passo-a-passo pelo operador, conforme as figuras 3 e 4. Antes de iniciar o processo de transferência, o operador deve efetuar a transferência das tomadas da fase defeituosa para a fase reserva. Este processo é manual e faz parte das pré-condições de transferência. Portanto, para indicar que as tomadas já foram transferidas, basta informar ao software de controle marcando o item Tomada transferida (Figura 4). Figura 3 Processo de troca de uma fase original para a fase reserva 4

5 Figura 4 Sequência de chaveamento passo-a-passo: o operador clica no item indicado pela seta, e uma janela pop-up aparece pedindo a confirmação da operação. Assim que a operação é concluída, a seta pula para o item seguinte. Este tipo de arquitetura acima descrita permite uma redução de custos substancial ao reduzir a fiação de controle, simplificar o projeto e reduzir o tempo de instalação, enquanto aumenta-se a confiabilidade e diminui-se manutenções futuras. Uma atualização futura está prevista no sistema de controle digital. Toda a parte de hardware já está preparada para integrar esta implementação ao sistema supervisório da subestação através de protocolos padrão (IEC ou DNP3.0). 5

6 4. EXPERIÊNC IA DE CAMPO Conforme relatado pelo pessoal de operação em campo, a substituição de uma fase para a fase reserva, que antes levava várias horas para ser realizada, com este sistema é feito em cerca de 30 minutos no máximo, no modo manual passo-a-passo, onde o operador verifica e confirma visualmente a operação de cada seccionadora. No modo automático, o mesmo processo é realizado em 10 minutos. É possível perceber também uma redução na quantidade de erros de operação durante a troca de fases, visto que o sistema de controle permite apenas efetuar comandos nas seccionadoras quando todas as précondições forem atendidas. 5. C ONCLUSÃO O sistema de controle digital tem se mostrado eficaz, reduzindo para poucos minutos o processo de troca de fases e, consequentemente, diminuindo o risco de custos altos com multas. A descrição do sistema, bem como os dois anos de experiência em campo com o uso desta ferramenta, irão permitir uma evolução dos benefícios e da experiência adiquirida com o sistema de chaveamento apresentado, podendo apresentar aplicabilidades em subestações de alta importância para a rede elétrica. Ao adotar uma arquitetura descentralizada para este tipo de projeto, podem ser verificados vários benefícios, como redução na quantidade de cabeamento, redução de custos e minimização de falhas, ou seja, caso algum módulo do sistema falhar, o sistema como um todo não será comprometido. 6