Power Generation Services Controls & Digitalization / Descrição Técnica / Março 2017

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1 Power Generation Services / Descrição Técnica / Março 2017 Digureg Regulador digital de tensão para geradores síncronos dotados de excitatriz sem escovas (brushless)

2 Conteúdo: 1. Introdução 3 2. Características principais 4 3. Funcionamento 5 4. Parametrização 6 5. Função TRACE 7 6. Características construtivas 8 7. Especificações técnicas 9 8. Abreviaturas 10 Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 2 de 11

3 1. Introdução O DIGUREG é um regulador digital de tensão compacto integrado a um conversor de potência. Foi desenvolvido especialmente para geradores síncronos com excitatrizes sem escovas de diodos rotativos (excitatrizes brushless). É oferecido também como somente regulador de tensão, sem o conversor de potência. O DIGUREG é adequado para a excitação e regulação de tensão ou da potência reativa de geradores síncronos em qualquer tipo de usina geradora: hidráulica, a vapor, diesel ou a gás. Suas características também o tornam especialmente indicado para os casos de modernização de plantas existentes. Principais destaques do DIGUREG: Grande flexibilidade nas formas de alimentação da parte de potência: gerador piloto de ímã permanente (PMG), enrolamento estatórico auxiliar no estator, transformador de excitação, serviços auxiliares da planta em C.A. ou C.C. (baterias), fonte ininterrupta de alimentação (no-break). Possibilidade de se utilizar duas fontes independentes de alimentação da parte de potência (redundância), para manter a excitação do gerador mesmo no caso de uma das fontes falhar. Aparelho compacto. Parametrização simples e rápida, por meio da ferramenta de software (Digureg Tool) fornecida com o aparelho. Adequado para plantas novas ou modernização de sistemas de excitação existentes. Invólucro com proteção contra toque. Todas as funções necessárias já estão disponíveis no aparelho como padrão. Versão de 34 A Versão de 16 A Versão sem a parte de potência Fig. 1: O DIGUREG é oferecido em três versões. Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 3 de 11

4 2. Características principais O DIGUREG possui os seguintes modos de operação: Regulador Automático de Tensão (AVR ou canal automático) Regulador da Corrente de Excitação (ECR ou canal manual) Regulador da potência reativa do gerador Regulador do fator de potência do gerador Regulador da potência reativa do ponto de acoplamento com a rede Regulador do fator de potência do ponto de acoplamento com a rede No regulador de tensão do DIGUREG atuam os seguintes limitadores: Sobreexcitação, de ação temporizada, com característica de tempo inverso Subexcitação Corrente de teto (field forcing limiter), de ação instantânea Corrente estatórica Tensão / Frequência (V/Hz) Adicionalmente, o DIGUREG oferece as seguintes funções já incluídas no equipamento padrão: Monitoração de falhas nos diodos rotativos da excitatriz brushless Sincronização (ANSI 25), com liberação de pulsos de comando para o regulador de velocidade e tensão, bem como comando de fechamento para o disjuntor Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 4 de 11

5 3. Funcionamento A figura 2 mostra um diagrama esquemático do DIGUREG. A troca de sinais com o sistema de controle da planta (DCS) é feita através do protocolo PROFIBUS DP. Por este meio são transferidos sinais de comando, alarmes, sinalizações de estados operacionais e valores de referência (setpoints). Adicionalmente, é possível também a troca de sinais na forma convencional, através de contatos livres de potencial para os sinais digitais de entrada e saída, bem como sinais analógicos de 0(4) a 20 ma. 60 a 250 V DC 100 a 230 V AC mono ou trifásico 50 a 650 Hz U1 V1 W1 B6 Saída para o enrolamento de campo Pf Nf V DC Alimentação da eletrônica Tensão do gerador 100, 110 ou 120 V Corrente do gerador 1 ou 5 A AVR Ajuste de setpoint - Ethernet - Profibus DP - Profinet - Entradas e saídas digitais e analógicas 1 Capacitor do link DC 2 Resistor de descarga de campo Fig. 2: Diagrama funcional do DIGUREG. A tensão de alimentação da parte de potência do Digureg é retificada, formando um circuito intermediário de tensão contínua (o link DC), devidamente alisada por um capacitor. Um conversor de potência DC/DC (chopper), formado por 4 transistores bipolares (IGBTs), converte a tensão retificada fixa, disponibilizada pelo link DC, numa tensão DC variável, a qual é a tensão de saída do DIGUREG (tensão de excitação), a ser aplicada no enrolamento de campo da excitatriz. A variação da tensão de saída é o resultado da modulação por largura de pulsos (PWM), usada no controle dos transistores (IGBTs) do chopper. O sinal de controle para o chopper transistorizado é produzido pelo regulador automático de tensão (AVR), o qual compara o valor de referência ou setpoint da tensão do gerador, ajustado pelo operador, com o valor real medido pelo DIGUREG através dos transformadores de potencial (TPs) do gerador. Num processo de descarga de campo ou desexcitação, a energia armazenada no enrolamento de campo retorna para o link DC, sendo dissipada no resistor de descarga de campo, incorporado ao equipamento. Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 5 de 11

6 4. Parametrização A ferramenta de software Digureg Tool é um programa de parametrização com interface do usuário totalmente gráfica, o que o torna facilmente utilizável por qualquer pessoa com conhecimento neste tipo de programa. A simples parametrização possibilita que o comissionamento seja realizado sem qualquer problema por operadores experientes, mesmo que não tenham um conhecimento aprofundado sobre o sistema de excitação com o DIGUREG. Os parâmetros a serem ajustados são selecionados em um menu e podem ser modificados diretamente. Esta operação pode ser realizada on-line, isto é, modificando os parâmetros diretamente no DIGUREG, como também off-line, modificando-se o arquivo de parâmetros Fig. 3: A parametrização do DIGUREG é feita de forma simples com a ferramenta Digureg Tool, fornecida juntamente com o aparelho. Uma parametrização criada off-line pode ser simplesmente salva no aparelho e posteriormente ativada. Além disso, a parametrização atual pode ser exportada do DIGUREG e salva num arquivo. A ferramenta Digureg Tool possui também uma tela de comando que permite a operação local do sistema de excitação através de um PC conectado ao Digureg através de um cabo Ethernet. Todos os comandos de controle necessários podem ser, desta forma, aplicados através do PC, que exibirá também mensagens de alarme e sinalizações dos estados operacionais. Desta forma, este recurso funciona como uma interface homem-máquina completa, permitindo não só a aplicação local de comandos como também a visualização de sinais, estados operacionais e alarmes. Esta funcionalidade é bastante útil especialmente durante o comissionamento, pois permite que o regulador de tensão possa ser operado sem a necessidade de comunicação entre o pessoal de comissionamento e o de operação e manutenção, que pode ser dificultada pela distancia envolvida e pelo ambiente ruidoso. Fig. 4: O Digureg Tool possui uma tela específica para a operação do sistema de excitação, através da qual podem ser aplicados os comandos. São também exibidos os estados operacionais, sinais analógicos e alarmes. Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 6 de 11

7 5. Função TRACE A função TRACE é um recurso adicional do programa de parametrização Digureg Tool que permite a visualização de sinais em tempo real e o registro de eventos. Além disso, as leituras feitas pelo aparelho podem ser salvas num arquivo e reabertas posteriormente. Os dados podem ser também transferidos para programas de processamento de texto e planilhas, facilitando a elaboração de relatórios de serviço e manutenção. Esta função adicional do software permite oscilografar sinais digitais e/ou analógicos, com a possibilidade de definir o evento de trigger para o início do armazenamento de dados (registros). Este recurso adiciona grande versatilidade ao Digureg Tool, sendo de grande valor na análise de defeitos e também durante o comissionamento do equipamento. Fig. 5: A função TRACE, integrada à ferramenta Digureg Tool, permite o registro (oscilografia) de até 8 sinais analógicos simultaneamente. Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 7 de 11

8 6. Características construtivas No DIGUREG os componentes principais estão acomodados numa caixa compacta com as dimensões 338 x 263 x 175 mm (A x P x L). Assim, ele pode ser alojado facilmente em cubículos de controle existentes. Além disso, o invólucro tem proteção contra toque (IP20), de forma que o DIGUREG pode ser montado também numa parede, num painel sinótico ou numa chapa exposta. O DIGUREG é um aparelho compacto que já incorpora o conversor CA/CC de potência, para produção da corrente contínua de excitação, o regulador de tensão (AVR), os circuitos para medição das grandezas do gerador, os circuitos para desexcitação e a proteção contra sobretensões no campo. Desta forma, um sistema de excitação baseado no DIGUREG requer bem poucos aparelhos adicionais, além do próprio DIGUREG. Basicamente, serão necessários os seguintes componentes adicionais: - Contator de campo (lado da alimentação principal); - Contator para a alimentação redundante (se utilizada) - Fonte de alimentação de 24 V DC para a eletrônica; - Disjuntores de proteção para os circuitos de alimentação, interfaces e fontes de alimentação; - Transformador de excitação, conforme o caso. Numa execução simples monocanal, o DIGUREG e os demais componentes necessários, exceto o transformador de excitação (se houver), cabem numa chapa de montagem de dimensões 580 x 700 mm, que poderá ser instalada, por exemplo, num cubículo já existente. Fig.6: As pequenas dimensões do DIGUREG permitem sua montagem em cubículos já existentes, tornando-o, por isso, especialmente indicado para modernização de sistemas de excitação. Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 8 de 11

9 7. Especificações técnicas Corrente nominal de saída: 16 ou 34 A (a 45 C de temperatura ambiente máxima e 1000 m acima do nível do mar) Corrente de teto (ceiling current): 1,5 x corrente nominal de saída (durante no máximo 30 segundos) Tensão máxima de saída (tensão de teto ou ceiling voltage): 275 V DC (*) Alimentação de potência principal: 100 a 230 V (*) em corrente contínua ou alternada (mono ou trifásica) Frequência da fonte de alimentação principal: / Hz Alimentação de potência secundária (auxiliar / opcional): 60 a 250 V (*), em corrente contínua ou alternada (monofásica) Alimentação da parte eletrônica (regulador): 24 V DC Consumo da parte eletrônica: 48 W mais consumo das cargas conectadas às saídas digitais Ligação a transformadores de potencial (TPs): 3 x TPs com secundário de 100 a 120 V (consumo de 10 VA por fase) Caso se use a função adicional de sincronismo, há necessidade de mais 2 TPs Ligação a transformadores de corrente (TCs): 3 x TCs com secundário de 5 ou 1 A (consumo de 10 VA por fase) Parte de potência: Chopper a transistores (IGBT) Dimensões do aparelho: 153 x 263 x 338 mm (L x P x A) para a versão de 16 A 175 x 263 x 338 mm (L x P x A) para a versão de 34 A 71 x 252 x 300 mm (L x P x A) para a versão sem parte de potência (apenas AVR) Peso aproximado: 8 kg para a versão de 16 A 10,1 kg para a versão de 34 A 2,6 kg para a versão sem parte de potência (apenas AVR) Grau de proteção: IP 20 Interfaces com o comando e controle (DCS): Convencional, por contatos livres de potencial Transferência de dados através dos protocolos PROFIBUS DP e PROFINET Interface com PC (para parametrização e operação): ETHERNET Modelo matemático do regulador de tensão: AC7B conforme IEEE Códigos de encomenda: DIGUREG de 16 A: 6RU3062-7AA DIGUREG de 34 A: 6RU3063-7AA (*) Opcionalmente são possíveis tensões mais elevadas. Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 9 de 11

10 8. Abreviaturas AVR DCS Automatic Voltage Regulator - Regulador automático de tensão. Sistema digital de supervisão, comando e controle do gerador. ECR Excitation Current Regulator - Regulador da corrente de excitação. ETHERNET IGBT PMG PWM PROFIBUS DP PROFINET Insulated-Gate Bipolar Transistor Transistor bipolar de base isolada. Permanent Magnet Generator Excitatriz auxiliar (gerador piloto) de ímã permanente. Pulse width modulation Modulação por largura de pulsos: método de controle da tensão de excitação, empregado no DIGUREG. Process Field Bus Distributed Periphery Padrão de rede de comunicação de dados. Rede de comunicação baseada no padrão de comunicação ETHERNET, totalmente compatível com este. Siemens Ltda Todos os direitos reservados Página 10 de 11

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