1 OntgqeAdqpnDdepuc Eedtspenacba Ppr VIII Seminrio Tcnico de Proteo e Controle 28 de Junho a 1o de Julho de 2005 Rio de Janeiro RJ

RETROFIT QUANDO O VELHO E O NOVO NO SE ENTENDEM

Eliel Celestino da Silva* eliel@chesf.gov.br

CHESF Companhia Hidroeltrica do So Francisco Rua Delmiro Gouveis, 333 Bongi Recife - PE, CEP-50761-901

- RESUMO

sistema eltrico brasileiro tem crescido muito os ltimos anos e os novos empreendimentos m em seus projetos dispositivos de ltima erao com o objetivo de se manter a ualidade e a continuidade de fornecimento de nergia ao consumidor. s antigas instalaes se utilizam de ispositivos de proteo arcaicos e obsoletos ue no garantem a confiabilidade desejada ara sistemas complexos e malhados como o osso. evido limitao de investir na modernizao as antigas subestaes, as Empresas de energia ltrica esto buscando atualizar os sistemas de roteo atravs da troca de dispositivos ltrapassados por outros mais modernos e onfiveis.

ste artigo tem por objetivo apresentar a xperincia da CHESF no processo de troca de ispositivos de proteo obsoletos por outros de ecnologia numrica e mostrar as dificuldades e olues para integr-los a um sistema de otncia com dispositivos de proteo letromecnico e esttico que foram mantidos os terminais remotos e sua instalao em meio um ambiente de painis inadequados, fiao om isolamento baixo, cabos de interligao no lindados e rels auxiliares com tempo longo de tuao.

alavras Chaves: Retrofit, dispositivo de roteo, rel digital, rel eletromecnico, el esttico, teleproteo.

2 INTRODUO 2.1 O Motivo do retrofit O Novo Modelo para o Sistema Eltrico Brasileiro tem exigido das Empresas de energia eltrica uma resposta mais adequada s condies de continuidade do fornecimento sem que haja perda de qualidade. Rels que atuem com o mximo de rapidez e sensveis para cobrir todos os tipos de falta no alcance desejado, localizao de falta com erro mnimo e religamento automtico da linha com sucesso so necessidades que devem ser atendidas pelos sistemas de proteo. Para atender estes objetivos de qualidade da proteo faz-se necessrio modernizar as antigas subestaes com novos projetos de construo. Como no h possibilidade disto acontecer no menor tempo possvel fazer o Retrofit das protees obsoletas e que no atendem mais os requisitos atuais de confiabilidade foi a sada mais adequada. Os rels substitudos foram os eletromecnicos, de distncia tipo RXAP e rels de sobrecorrente direcional de terra tipo PSW, e o esttico de distncia, tipo PDS, localizador de falta, tipo DLDS e oscilopertubgrafo, tipo S41, instalados a mais de vinte anos, que faziam parte de subestaes importantes de 230kV da CHESF como a SE PAF, que atende a rea Norte, Leste e Sul do Nordeste, as SE RCD e SE MRR localizadas na rea metropolitana do Recife/PE, a SE CMD que atende a rea de Salvador e o Plo Petroqumico de Camaari, na Bahia e a SE MRD que atende a rea de Joo Pessoa/PB, fig. 1.

*Rua Delmiro Gouveia, 333, anexo II, sala A125-CEP 50761-901, Recife-PE, tel. 81-32294432

Fig. 1 2.2 -Fatores decisivos para que fosse realizado o retrofit: - fim de vida til dos rels RXAP e PDS - crescimento da rede bsica - tempos altos de eliminao de defeitos - recusa de atuao - limitao da carga - falta de sobressalente 2.3 Rels digitais utilizados Foram utilizados dois rels digitais: - tipo P442/Areva, como proteo principal - tipo P441/Areva, como retaguarda. O rel digital, alm de solucionar os problemas encontrados nos dispositivos substitudos possui as seguintes funes: - Distncia, com caracterstica quadrilateral - Bloqueio por Oscilao de Potncia - Sobrecorrente Direcional de Terra - Sobretenso e Subtenso - Condutor aberto - Falha de Disjuntor - Line-Check - Religamento e Sincronismo Fig. 2

- Esquemas de Teleproteo Diversos - Falha de Disjuntor - Sobrecorrente Direcional de Fase O rel digital, alm de solucionar os problemas encontrados nos dispositivos substitudos, disponibiliza: - localizao de falta com mais preciso - funes diversas de proteo - oscilografia aberta aos programas de anlise - seqencial de evento - larga faixa de ajuste - funcionalidade agregada - lgica flexvel - auto-diagnose - possibilidade de comunicao remota.

Face aos problemas de envelhecimento da fiao dos painis e rels auxiliares lentos foram utilizadas ao mximo as lgicas flexveis do rel digital para a elaborao de esquemas fora do padro do rel, como esquema de sobretenso, falha do disjuntor, transferncia direta de disparo e outros. Como a fonte de 48Vcc da proteo digital adotada no tinha potncia suficiente para utilizar contatos diretos dos equipamentos de ptio, foram mantidos os rels auxiliares duplicadores. 2.4 Sistema de monitoramento Adicionalmente, foram adquiridos para as mesmas instalaes, em conjunto com as novas protees digitais, sistemas de monitoramento para auxlio operao. O sistema de monitoramento, composto basicamente por interface de comunicao multiporta, conversor de fibra ptica, interface homem-mquina, sistema de sincronismo via GPS, software de comunicao para acesso e parametrizao, software para visualizao e anlise de grandezas, fig. 2.

2

2.5 Lgica flexvel Fig. 3 A lgica flexvel disponvel no rel facilitou a construo de esquemas existentes nos padres atuais alm de manter os esquemas antigos sem se utilizar da fiao existente com isolamento desgastado pelo tempo (fig. 3). 3 - PROCEDIMENTOS DE TROCA O antigo painel do padro Cogelex, fig. 4, continha proteo de distncia tipo PDS ou RXAP, sobrecorrente direcional tipo PSW ou sobrecorrente IAC, localizador de defeito tipo DLDS e oscilgrafo tipo S41. Fig. 4 Estes dispositivos foram substitudos por dois rels de distncia digitais como proteo principal e retaguarda, fig. 5 e fig. 6.

Fig. 5 Fig. 6

3

Foi mantido o padro do projeto anterior para sinalizao e superviso tanto local como remota atravs do supervisrio existente. Como na sua grande maioria os cabos no eram blindados, foram mantidos os rels auxiliares para se evitar mudana de estado das entradas binrias devido a sinal de rudo. Foi disponibilizada uma IHM local com a funo de manuteno e acesso remoto aos rels. A troca dos dispositivos e os testes funcionais foram realizados em trs dias para cada linha, com apenas um dia para testes funcionais com a linha desenergizada nos casos aonde no havia disjuntor de transferncia com proteo prpria. Foi utilizada uma planilha com o formato de-para para retirar e acrescentar fiao. Os fios foram cortados no tamanho ideal e anilhados antes de cada interveno. Atravs destes procedimentos foram trocados 45 cinco rels de distncia, 45 rels de sobrecorrente, 45 localizadores de falta, 45 oscilopertubgrafos e instalados 90 rels digitais, cinco IHM local e lanados aproximadamente 700 metros de fibra tica, 400 metros de fio e os desenhos utilizados no projeto foram padronizados, digitalizados e atualizados. 4 CHOQUE DE GERAO Com a deciso de se fazer o Retrofit das protees apenas num terminal, as subestaes dos terminais remotos continuaram com vrios rels obsoletos ou prximo disto. Seguem abaixo os padres mantidos nos terminais remotos e suas principais funes de proteo. 4.1 - Padro Westinghouse Este padro composto de rels eletromecnicos de distncia com caracterstica circular tipo KD para faltas entre fases e para faltas monofsicas um rel com caracterstica de reatncia tipo KDXG, combinado com outro rel tipo KRT que tem a finalidade de direcionar o rel de distncia de terra, discriminar as zonas de atuao e seus temporizadores. Como funo de retaguarda existe a proteo de sobrecorrente direcional de terra eletromecnico, tipo IRD8. O esquema de teleproteo usado o de acelerao de zona com possibilidade de disparo direto caso hajam dois canais de portadora disponveis. A dificuldade maior para o rel de distncia a no operao para faltas monofsicas com alta

resistncia de arco limitada pelo discriminador de corrente de valor mnimo de 1,0A, da proteo KDXG. Devido aos baixos valores de partida e maior alcance resistivo da proteo digital esperada uma descoordenao funcional com as protees de distncia e de sobrecorrente direcional. Por no ter superviso prpria, em vrios casos foram constatadas recusas de atuao por componentes danificados ou fora do valor especificado no projeto original do rel que devido a este problema tivemos dois desligamentos de grande porte no regional norte e sul. 4.2 - Padro Reyrolle Esta uma proteo de distncia esttica com caracterstica circular, tipo THR, rels de sobrecorrente tipo TJM10 e unidade direcional de terra tipo RB21, eletromecnicos. O sistema de teleproteo o de acelerao de zona com possibilidade de disparo direto caso hajam dois canais de portadora disponveis. A dificuldade maior para o rel a recusa de operao para faltas monofsicas com alta resistncia de arco limitada pela prpria caracterstica. Proteo considerada perigosa com vrias atuaes por desligamento da tenso auxiliar Vcc. Devido aos baixos valores de partida e maior alcance resistivo da proteo digital esperada uma descoordenao funcional com as protees de distncia e de sobrecorrente direcional. 4.3 - Padro Siemens Esta uma proteo esttica de distncia com caracterstica quadrilateral, tipo 7SL32 e rel de sobrecorrente esttico, tipo 7SK88 e unidade direcional de terra, esttico, tipo 7SP88. O Sistema de teleproteo completo e com a possibilidade de disparo direto caso hajam dois canais de portadora disponveis. A dificuldade que existe o ajuste da quarta zona depender do ajuste do alcance direto dificultando a sua utilizao com esquema de teleproteo tipo POTT, e sua partida ser liberada pela corrente de superviso de neutro com um valor mnimo de 1,0A. Por no ter superviso prpria em vrios casos foram constadas recusas de atuao devido queima de fonte auxiliar do rel.

4

5 INCOMPATIBILIDADE FUNCIONAL Anlise de dois casos envolvendo o rel digital P442 e os rels estticos THR e 7SL32. 5.1 P442 versus THR

Fig. 7 Falta fase-terra a 15% de distncia da barra de RCD, com Rfalta de 15 Esquema de Teleproteo de Acelerao de zona, fig. 7 Fig. 8 A proteo P442 em RCD atua em primeira zona e envia sinal de permissivo para a SE BGI, no entanto, como a segunda zona do THR no opera por no alcanar a falta, a lgica no se completa. H partida de religamento em RCD mas no na SE BGI, fig. 8. 5.2 P442 versus 7SL32

Fig. 9 Falta fase-terra a 15% de distncia da barra de CMD, com Rfalta de 15. Esquema de Teleproteo POTT, fig. 9.

Fig. 10 A proteo P442 em CMD atua em primeira zona e envia sinal permissivo para a SE PTU, no entanto, como a segunda zona do 7SL32 no opera devido a corrente de defeito ser menor que a corrente de partida a lgica no se completa. H partida de religamento em CMD mas no em PTU. A figura 10 mostra que a proteo 7SL32 alcanaria o defeito para a impedncia aparente caso no fosse limitada pela corrente de partida. So usados TCs auxiliares como soluo para tornar a proteo mais sensvel. 6 MELHORIAS NO LOCAL DO RETROFIT Diante de tantos problemas encontrados no ambiente de troca dos dispositivos de proteo com a necessidade de se adequ-los a nova realidade das instalaes foram realizadas as seguintes melhorias. 6.1 Foi substitudo o mximo de fiao com isolamento inadequado utilizando a lgica interna do rel para montar os diversos esquemas que antes eram feitos externamente. 6.2 Devido a impossibilidade de se trocar os cabos sem blindagem foram mantidos os rels auxiliares para retardar sinais de mudana de estado lgico das entradas binrias devido a surto provocado por abertura de seccionadoras, disjuntor ou curto-circuito prximo. 6.3 Devido a m qualidade da tenso Vcc do servio auxiliar foram utilizados supressores de surto nas entradas de alimentao dos rels.

5

6.4 Para se evitar descontinuidade na alimentao do rel foram utilizadas alimentaes de tenso Vcc com fontes cruzadas usando diodos para se evitar retorno entre circuitos. 7 MELHORIAS NOS ESQUEMAS DO TERMINAL REMOTO Com o objetivo de se minimizar a incompatibilidade funcional entre dispositivos novos e velhos, foram realizadas as seguintes melhorias no terminal remoto: 7.1 Substitudos os equipamentos de comunicao por portadoras digitais com dois canais nos dois terminais, chaveados com freqncia de guarda e de disparo e com o tempo de sinal mantido ajustvel. 7.2 Ativada a funo de esquema de disparo direto por subimpedncia, sobretenso e falha de disjuntor nos dois terminais aps substituio das portadoras. 7.3 Ativada a funo de line-check nos terminais com protees antigas tanto para fechamento manual como para religamento automtico. 7.4 Colocado o alcance resistivo no mximo permitido pela resistncia da carga para os rels digitais para cobrir a resistncia de falta dentro do alcance de primeira zona. 7.5 - Ativadas as unidade instantnea das protees de sobrecorrente direcionais do padro Westinghouse na configurao de linhas paralelas. 7.6 Face aos problemas de recusa dos rels obsoletos foi diminudo o tempo de manuteno preventiva de quatro para dois anos. 7.7 Corrigido o problema de queima da fonte Vcc da cadeia Siemens, 7SL32, substituindo-a por outra fonte projetada e montada no laboratrio da Chesf. 7.8 Fazer Retrofit no Padro Westinhouse nas subestaes atualmente envolvidas neste projeto. 8 CONCLUSO Mesmo diante dos problemas levantados e

necessitando-se fazer adequaes para utilizar o mximo da capacidade dos rels digitais, o projeto Retrofit trouxe grandes benefcios para os sistemas de proteo em relao

qualidade e confiabilidade, alm de dados confiveis para a anlise de ocorrncia com acesso local e remoto, listas de eventos, oscilografia e parmetros dos rels.

Para dar manuteno preventiva nas cadeias

que foram substitudas, por serem no extraveis, teria que se desligar a linha ou utilizar a proteo restrita de um rel curinga. Com o rel digital a manuteno passa a ser corretiva logo aps sinalizao da funo de auto-diagnose ou pela anlise dos relatrios de eventos que o rel dispe em sua memria. Caso seja confirmada a falha do rel este substitudo sem que haja desligamento da linha devido a proteo de retaguarda que continua em operao.

Conclui-se que para se evitar desligamentos de

grandes blocos de energia provocados por falha do dispositivo de proteo obsoleto, recusa de operao por restrio operacional ou incompatibilidade funcional entre o moderno e o antigo, importante que o Retrofit seja realizado nos dois terminais e com dispositivos que tenham as mesmas caractersticas operacionais da funo de distncia e que sejam aproveitadas ao mximo as suas funes de proteo e lgica flexvel.

Caso o Retrofit no seja realizado nos dois

terminais imprescindvel que os rels digitais tenham funo de distncia com caractersticas quadrilateral e circular para serem ao mximo compatveis com as protees de distncia dos terminais remotos. A lgica flexvel indispensvel para que a fiao dos painis e rels auxiliares antigos sejam pouco utilizados.

Para evitar que seja realizada manuteno

corretiva do rel de distncia mantendo como retaguarda apenas uma proteo de sobrecorrente direcional de terra, mais confivel que sejam instaladas duas protees de distncia principal e retaguarda.

Retrofit com rels de tecnologia numrica com

tantas opes disponveis no deve se resumir apenas troca de um dispositivo obsoleto por outro mais moderno, mas tambm a otimizao dos processos aonde ele for instalado.

6

Rio de Janeiro RJRETROFIT QUANDO O VELHO E O NOVO NO SE ENTENDEM