Sistema de Excitação e Regulação Digital de Tensão RT2 DB

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1 Sistema de Excitação e Regulação Digital de Tensão RT2 DB para máquinas síncronas Power Generation s

2 Totalmente digital. Parametrizável por software. Autodiagnose permanente. Não requer manutenção. Elevada confiabilidade. Excelente comportamento dinâmico. Execução robusta em painel ou chapa de montagem. Diversos protocolos de comunicação disponíveis Introdução O sistema de excitação RT2DB é utilizado para excitação e regulação da tensão, da potência reativa ou do fator de potência de geradores síncronos dotados de excitatriz, sendo adequado para geradores sem escovas ( brushless ) ou com excitatriz de corrente contínua. A alimentação do sistema é, em geral, suprida pela própria máquina síncrona, através de um transformador de excitação de média tensão, o qual é normalmente instalado no cubículo de surtos do gerador. O controle da tensão gerada é feito atuando-se no enrolamento de campo da excitatriz sem escovas. Para a excitação de partida (escorvamento ou field flashing") da unidade está prevista a utilização dos serviços auxiliares da usina (em corrente contínua ou alternada). A geração dos valores de referência (setpoints), o controle dos processos de escorvamento e parada, bem como a supervisão do sistema de excitação, são completamente digitais, realizadas por um módulo processador de 32 bits, acoplado a um conversor trifásico tiristorizado da linha Simoreg DC Master. Parte de Potência A retificação da corrente é feita por uma ponte retificadora trifásica Simoreg DC Master totalmente controlada, com refrigeração natural. Os tiristores são protegidos por fusíveis ultra-rápidos supervisionados. A ponte tiristorizada é dimensionada com elevada reserva de potência, para suportar com segurança as mais severas condições de sobrecarga do gerador. Quando a alimentação do sistema for proveniente dos terminais do próprio gerador síncrono, pode ser necessária a sustentação da corrente de campo quando de um curto-circuito nos terminais do gerador. Para estes casos, o sistema RT2DB vem equipado com um circuito compound, de forma a permitir uma perfeita coordenação do sistema de proteção do gerador. Fig. 1: A unidade retificadora Simoreg DC Master. 2

3 Eletrônica A regulação de tensão, o controle e a supervisão da excitação são executados pelo módulo processador T400 inserido no conversor Simoreg. As funções relativas à supervisão e ao gatilhamento dos tiristores são realizadas pelo próprio conversor. A alimentação da eletrônica é redundante: provém das baterias da planta e do próprio gerador principal. Há dois canais de controle: o AUTOMÁTICO, para regulação automática de tensão, e o MANUAL, para regulação da corrente de campo. Fig. 2: A regulação de tensão é executada pelo módulo tecnológico T400 inserido na unidade Simoreg. Ambos os canais de regulação (AUTOMÁTICO e MANUAL) atuam sobre o mesmo retificador. A comutação de canais é absolutamente suave, ou seja, não provoca oscilações na tensão gerada. Canal Automático O canal Automático corresponde ao regulador automático de tensão, que compara o valor real da tensão do gerador com o valor de referência ajustado pelo operador. Os valores reais de potência ativa e potência reativa são medidos diretamente nos terminais do gerador. A medição requer 3 TP s, com tensão secundária de 110, 115 ou 120 V e 2 TC s, com corrente secundária de 1 ou 5A. O valor de referência (setpoint) é gerado digitalmente e pode ser ajustado na faixa de 90% a 110% da tensão nominal do gerador. Atuam no canal automático os seguintes limitadores: Sobreexcitação Subexcitação Tensão/freqüência (V/Hz) Corrente estatórica Os limitadores asseguram a operação do gerador dentro de seu diagrama de capabilidade. O regulador de tensão possui uma malha subordinada de controle da corrente de campo. Esta configuração confere ao sistema excelente comportamento dinâmico, limitando, simultaneamente, a corrente de excitação em seus valores máximos. O sistema possui também um regulador do fator de potência (ou de potência reativa), o qual assegura que o gerador opere com qualquer fator de potência (ou potência reativa) ajustado pelo operador, desde que os limites da máquina não sejam superados. O valor de referência (setpoint) é gerado digitalmente pelo sistema. Na cogeração, por exemplo, o regulador de fator de potência é imprescindível para 3

4 manter no valor contratual o fator de potência do ponto de conexão à rede pública. Fig. 3: O Software de parametrização Drive Monitor, que acompanha o produto, permite a parametrização completa do regulador, bem como serviços de diagnósticos. A função TRACE integrada a esta ferramenta permite a oscilografia de grandezas analógicas e digitais, dispensando o uso de registradores externos. Canal Manual O canal Manual corresponde ao regulador da corrente de excitação. O valor desejado (setpoint) é gerado digitalmente e pode ser variado na faixa de cerca de 10% a 110% do valor da corrente de excitação à plena carga. O Canal Manual é útil no levantamento das características do gerador e no ajuste e teste das proteções, além de ser um circuito alternativo para a regulação manual da tensão gerada, caso haja falhas no regulador automático de tensão. Comutação de Canais e Follow-up Graças ao follow-up bidirecional, a qualquer momento poderá ser feita a mudança de um canal para o outro, sem necessidade do estágio intermediário de balanço. Desta forma, não é mais necessário o galvanômetro de balanço para a comutação de canais. Sob certas condições de defeito no regulador automático de tensão, o próprio sistema desencadeia uma comutação automática para o Canal Manual (regulador da corrente de excitação), de forma que o gerador continua excitado mesmo com defeitos no regulador automático de tensão. Fig. 4: O Software de regulação e controle é gráfico e amigável, o que facilita muito a compreensão e programação. 4

5 Comando O painel está preparado para comando local (a partir da porta do painel) ou comando remoto (a partir de uma sala de comando). Na versão básica deste painel de excitação, a operação local é feita através de botões e as sinalizações básicas, através de LEDs. Fig. 5: Opcionalmente poderá ser fornecida uma interface homem-máquina para facilitar o comando do sistema. A figura mostra um dos modelos disponíveis (tela touch screen). Adicionalmente poderá ser instalada na porta do painel uma interface homemmáquina (IHM), ou seja, um aparelho dotado de teclado de membrana e mostrador alfanumérico (display) de cristal líquido iluminado. Através da IHM é possível visualizar grandezas do gerador e alterar valores de referência ( setpoints ), bem como aplicar os comandos de operação (Ligar e Desligar, Selecionar Canais, etc). Estão padronizados dois tipos de IHM: um mais simples (OP1S), com as funções básicas de comando e sinalização, e outro mais completo, com tela colorida do tipo touch screen, com indicação de falhas por meio de mensagens de alarme em texto claro. A interface com o comando e controle para a operação remota é feita com cablagem normal (ponto a ponto). Adicionalmente, o sistema já é fornecido com um módulo de comunicação (CBP2) para permitir o acoplamento a uma rede de comunicação de dados, usando o protocolo padronizado Profibus DP. A interligação à rede Profibus poderá ser feita também por fibra ótica. Neste caso, é fornecido um módulo adicional (OLM). Outros protocolos de comunicação, como Profibus FMS, ETHERNET ou Modbus são também disponíveis mediante módulos adicionais. Instrumentação e Operação Na porta do painel estão previstos os seguintes instrumentos: botão de quitação de defeitos (RESET), LEDs sinalizadores de estados operacionais e alarme, botões para operação local e chave local-remoto. Fig. 6: Através de um módulo adicional (OLM) o sistema poderá ser acoplado a uma rede de comunicação Profibus através de fibra ótica. Caso o painel seja encomendado com a opção Interface Homem-Máquina, desaparecem os LEDs e os botões de comando. 5

6 Desexcitação e Proteção contra Sobretensões A descarga de campo é feita normalmente comandando-se o retificador tiristorizado a operar como inversor. Isto reduz drasticamente a duração da descarga de campo. Para desligamentos de emergência está prevista a utilização de um contator de campo, posicionado no lado CA do retificador Simoreg DC Master. Para a descarga de campo nos desligamentos de emergência, empregase também um resistor linear, conectado em paralelo com o enrolamento de campo. A proteção do sistema de excitação e do enrolamento de campo da excitatriz contra sobretensões originadas no lado CC é feita por um dispositivo supressor conectado em paralelo com a saída do retificador Simoreg. Aspectos construtivos do painel Toda a aparelhagem de baixa tensão do sistema de excitação está instalada num cubículo metálico de dimensões 600X800x2200 mm (largura x profundidade x altura), com acesso apenas frontal. O painel é dotado de venezianas de refrigeração e teto elevado. Não é usada ventilação forçada. A entrada e a saída de cabos estão previstas pela parte inferior do painel. O grau de proteção é IP41. As chapas de fechamento (porta, teto e laterais) são de espessura 1,9 mm; aquelas empregadas na estrutura do painel têm 2,65 mm de espessura. O tratamento das chapas passa pelos estágios de fosfatização e pintura eletrostática por pulverização a pó de epóxi e poliéster. A cor final de acabamento prevista é cinza claro Munsell N6,5. Outras cores são também possíveis. Os condutores têm isolação não propagadora de incêndio para 750V / 70 o C. A identificação dos condutores é por meio de anilhas em ambas as extremidades. Todos os aparelhos recebem etiquetas de identificação. O painel é fornecido com perfil de içamento. Fornecimento opcional em chapa de montagem Como alternativa econômica, o sistema de excitação e regulação de tensão RT2DB pode ser fornecido opcionalmente numa chapa de montagem (frame), conforme mostrado na figura 8. Neste caso, todos os aparelhos de baixa tensão, incluindo o contator de campo, o conversor tiristorizado, contatores auxiliares, bornes de interligação, etc, são fornecidos montados numa chapa metálica de dimensões 800 x 1200 mm (Figura 8) Desta forma, o sistema poderá ser instalado, por exemplo, 6

7 num cubículo já existente, adaptandose perfeitamente às necessidades da instalação. Fig. 7: A unidade Simoreg DC Master possui a eletrônica de controle e supervisão da ponte retificadora trifásica totalmente controlada. 2 Opcionais Poderão ser previstos no sistema as seguintes funções adicionais: Supervisão de diodos rotativos para máquinas brushless; Interface de comunicação em outros protocolos; Redundância no retificador de potência (neste caso, serão fornecidos dois canais automáticos independentes, cada um com seu próprio retificador, ou seja, duas unidades retificadoras SIMOREG DC Master); Estabilizador do sistema de potência (PSS), com sinal estabilizante derivado da potência acelerante; Interface Homem Máquina na porta do painel. Fig. 8: Numa execução compacta, o sistema RT2DB pode ser fornecido em chapa de montagem ( frame ). 7

8 Fig. 9: Diagrama geral do sistema de excitação RT2DB, na configuração redundante com IHM opcional e supervisão de falhas em diodos rotativos (Função ANSI 58) 8

9 Características gerais do sistema de excitação digital RT2DB Máxima corrente de excitação Máxima tensão de teto Tensão de comando Tensão auxiliar para escorvamento Ligação a transformadores de potencial Ligação a transformadores de corrente Regulador Limitadores Alimentação do regulador eletrônico Faixa de ajuste dos valores de referência Retificador Consumo das baterias da usina Até 20 A DC Até 600 V DC Proveniente das baterias da planta Serviços auxiliares da usina, em corrente contínua (baterias) ou alternada. O consumo depende dos dados do gerador (valor típico: 2 A no campo) 3 x TP com secundário de 110, 115 ou 120 V (é possível a ligação V com 2 x TP); consumo de 10 VA por fase 2 x TC com secundário de 5 ou 1 A; consumo de 10 VA por fase Totalmente digital, configurado como dois canais de controle: Automático (Regulador Automático de Tensão) e Manual (Regulador da Corrente de Excitação) Rápido da corrente de excitação (ação instantânea) Sobreexcitação (ação de tempo inverso) Subexcitação (ação instantânea) Corrente estatórica (ação de tempo inverso) Tensão/Freqüência (ação retardada) Redundante: a partir dos terminais do gerador e também das baterias da usina Tensão do gerador: 90% % Corrente de Excitação: 10% % Totalmente controlado, com 6 tiristores (B6C), refrigeração natural, capacidade contínua permanente de 30 A Para os circuitos de interface e comando: máx. 100 W Para alimentação redundante do regulador: máx. 250 W Dimensões do painel 600 x 800 x 2200 mm (L x P x A) Peso aproximado 300 kg Grau de proteção IP 41 Cor final de acabamento do painel Dimensões da chapa de montagem (frame) como opção de fornecimento Forma de comunicação com o comando e controle no equipamento padrão Sinais analógicos de 4 a 20 ma para indicação remota Cinza padrão Munsell N6.5 ou conforme especificação do cliente. 791 x 1200 mm Ponto a ponto, através de contatos livres de potencial. Serial, através do protocolo PROFIBUS DP Corrente de campo Setpoint de tensão 9

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