Sumário - AlvaresTech.com Prof. Alberto J. Alvares

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
PROJETO: Desenvolvimento
de um Sistema Baseado em
Agentes Inteligentes para o Monitoramento de Unidades
Geradoras na UHE de Tucuruí
2o Relatório Quadrimestral:
Etapa 1: Estudo do Sistema Atual
Etapa 2: Implementação do Sistema de Instrumentação
Etapa 3: Desenvolvimento e Implementação do sistema de Aquisição de Dados
Coordenador do Projeto:
Prof. Dr. Walter Barra Junior-DEEC-CT-UFPA
Gerente do Projeto:
Eng. Pedro Wenilton Barbosa Duarte- Regional do Amapá-ELETRONORTE
Belém - Pará
junho/2006
1
Sumário
1. Introdução
3
Sistema de excitação dos Grupos Principais de UHT (Máquinas da 1a
Fase)
3
Conclusões
Referências Bibliográficas
23
24
1
2
Introdução
Foi realizado nesses quatro últimos meses um estudo detalhado do
sistema de excitação das unidades geradoras da primeira fase da Usina
Hidrelétrica de Tucuruí, obtido em trabalho de campo realizado na própria UHE.
O resultado deste trabalho irá subsidiar a etapa de implementação do sistema
inteligente de monitoramento de unidades geradoras, definindo-se as
características do sistema bem como quais as variáveis principais a ser
monitoradas. Este trabalho também irá subsidiar a seleção adequada de
sensores e a técnica a ser utilizada no condicionamento dos sinais e a
transmissão dos dados dos armários do sistema de excitação até o computador
de monitoramento que ficará localizado na sala de controle da respectiva
unidade geradora. No presente relatório quadrimestral descreve-se o
funcionamento do sistema, abordando-se seus principais módulos e circuitos,
além de seus alarmes que servirão como base para os desenvolvimentos
posteriores.
Sistema de excitação dos Grupos Principais de UHT (Máquinas da 1a
Fase)
1.
Funcionamento
1.1
Funcionamento do MODULO REGULADOR DE TENSÃO
A função principal do modulo regulador de tensão, RE, é regular
automaticamente o valor RMS da tensão CA nos terminais do gerador
síncrono, atuando na corrente de campo da respectiva máquina síncrona. Para
executar esta função, o módulo regulador de tensão, RE, compara uma tensão
contínua proporcional ao valor RMS da tensão CA nos terminais do gerador
com uma tensão de referencia, fornecida pelo reostato Rh-A. A tensão
resultante dessa comparação, chamada de sinal de erro. O sinal de erro é
então condicionado e processado por circuitos eletrônicos analógicos para
resultar no sinal de comando (UC) do ângulo de disparo tiristores da ponte
retificadora que alimenta o circuito de campo da máquina síncrona.
O sinal de erro recebe uma correção em função da potencia reativa,
fornecida ou absorvida pelo gerador, dada pelo circuito compensador de reativo
ST, com a finalidade de compensar a queda de tensão provocada pelo
transformador elevador, e pelo modulo DP que estabiliza as oscilações
pendulares do rotor. O sinal de erro é, então, limitado em função da corrente do
estator, circuito LIS, em função da corrente do rotor, circuito LIR, e, em função
da relação U/F, fornecida pelo modulo U/F, em função do ângulo interno
(modulo RQ) e em função do modulo DP.
Os circuitos que compõem este módulo RE são:
- Circuito de referencia – REF
2
3
- Circuito detector de erro – DE
- Compensador de corrente reativa – ST
- Filtro e retardo de fase – FC
- Amplificador e entradas das limitações – PA
- Limitador de corrente do rotor – LIR
- Limitador de corrente do estator – LIS
O diagrama em bloco da figura 1.a ilustra o diagrama de ligação do
modulo RE. Na figuras 1.b e 2c, são mostradas as fotografias do armário bem
como as planas que compõem o sistema RE.
CIRCUITO
“REF”
CIRCUITO
CIRCUITO
CIRCUITO
“ST”
“LIR”
“LIS”
CIRCUITO
“MI”
CIRCUITO
TRANSFOR
MADOR
“PA”
“TI”
MÓDULO
“Rh-A”
CIRCUITO
CIRCUITO
“DE”
“FC”
CIRCUITO
MODULO
“RE”
“MI”
Figura 1.a- Módulo RE
3
4
F
Figura 1.b- Armário do regulador de tensão
Figura 1.c- Circuitos de condicionamento de sinais do Armário do regulador de
tensão
CIRCUITO DE REFERENCIA – REF
A função deste circuito é fornecer a tensão fixa de referencia do gerador.
Esta tensão é responsável pela formação de dois termos. Um termo fixo, que
fornece a mínima tensão de referencia e um termo variável. A referencia fixa é
fornecida ao circuito DE e a variável ao reostato Rh-A.
CIRCUITO DETETOR DE ERRO - DE
O circuito detector de erro detecta o desvio entre a tensão do estator e a
tensão de referencia.
COMPENSADOR DE POTENCIA ATIVA E REATIVA – ST
Este circuito introduz uma correção no sinal de erro, em função da
potencia reativa fornecida ou absorvida pelo gerador, com a finalidade de
compensar a queda de tensão provocada pelo transformador, situado entre o
gerador e o sistema.
4
5
FILTRO E RETARDO DE FASE – FC
Este circuito permite a introdução, na malha de regulação, de uma ação
proporcional e integral.
AMPLIFICADOR E ENTRADAS DAS LIMITAÇÕES – PA
Este circuito tem a função de amplificar o sinal de erro e receber as
limitações dos circuitos LIS, LIR, U/F, RQ e DP.
LIMITADOR DE CORRENTE DO ROTOR – LIR
A função deste circuito é evitar um sobre-aquecimento no circuito de
campo do gerador.
O circuito de campo do gerador é dimensionado termicamente para
suportar a corrente de excitação nominal In. Em caso de baixa tensão
prolongada da rede, o regulador de tensão pode impor uma corrente de
excitação, superior a corrente nominal, e provocar um sobre-aquecimento no
circuito de campo. Introduz-se, portanto, em permanência, uma limitação da
corrente de excitação, a um valor próximo da corrente nominal, isto é,
Imáx = 1,1In.
Entretanto, no instante em que ocorre uma queda de tensão brusca na
rede, é preciso que o regulador de tensão utilize todas as suas possibilidades
de sobrexcitação necessárias para manter a estabilidade dinâmica, quer dizer,
que libere a corrente de excitação de teto Ip.
Esta dupla função é realizada pelo circuito de limitação LIR do modulo
RE. O sinal de limitação é aplicado ao circuito PA por uma entrada prioritária.
Em regime permanente, a corrente de excitação I é comparada a I máx =
1,1In. Um circuito sensível à variação da tensão do estator libera em caso de
queda rápida de tensão, um sinal I = Ip – 1,1In, corrigindo a limitação durante 4
segundos.
Uma entrada suplementar, permite a introdução eventual de uma ordem
exterior, para corrigir a referencia de limitação.
LIMITADOR DE CORRENTE DO ESTATOR – LIS
Para evitar um aquecimento excessivo nos enrolamentos do estator do
gerador, limita-se o mesmo a um valor próximo do seu valor nominal. Para
tanto, quando o gerador fornece potencia reativa, um circuito limitador dará
uma ordem de subexcitação. Quando o gerador absorve potencia reativa um
outro circuito limitador dará uma ordem de sobrexcitação.
Como visto no circuito LIR, para a limitação da corrente de excitação, é
preciso permitir que o regulador de tensão utilize todas as possibilidades de
sobrexcitação em caso de queda rápida de tensão. Neste caso, a limitação da
corrente do estator é colocada fora de serviço, enquanto a corrente de
excitação permanece limitada ao seu valor de teto.
Em caso de defeito na rede, durante a ação da limitação da corrente do
estator, a informação de uma brusca queda de tensão é aplicada à carta LIS e
é suprimida a limitação. Este dispositivo permite assim de funcionar no teto de
sobrexcitação durante alguns segundos, apesar da presença da ordem de
limitação da corrente do estator.
5
6
1.2
M)
Funcionamento do MODULO GERADOR DE IMPULSOS – (GI-A – GI-
As pontes retificadas a tiristores, fornecem sob uma tensão regulada
positiva ou negativa, uma corrente unidirecional, sendo que o valor da tensão
regulada depende do instante de disparo dos tiristores.
A função deste módulo é gerar os pulsos de disparo dos tiristores,
determinar o instante de disparo deles e transmiti-los.
Este módulo é composto do transformador T1, com o primário ligado em
triangulo e o secundário ligado em dupla estrela cuja função é fornecer as
senóides de referencia para a geração dos pulsos de disparo e determinação
do instante de disparo dos tiristores; cartão CAP, com a função de filtrar as
tensões do secundário de T1; do cartão BU, com a função de limitar o valor da
tensão de comando UC, isto é, o sinal de erro; e dos cartões GI-11, GI-5, GI-3,
GI-9, GI-7 e GI-1, cuja função é a geração dos pulsos de disparo e
determinação do instante de disparo dos tiristores.
Existem dois módulos de geração de impulsos, sendo um para o
regulador automático, GI-A, e outro para o regulador de corrente GI-M. O
funcionamento destes módulos é idêntico. A figura 2 mostra o diagrama de
ligação do modulo GI-A e GI-M.
CIRCUITO GI-2
TRANSFOR
MADOR
CIRCUITO
“CAP”
“T1”
CIRCUITO GI-5
CIRCUITO GI-3
CIRCUITO
CIRCUITO GI-9
“BU”
CIRCUITO GI-7
CIRCUITO GI-1
MÓDULO GI - M
Figura 2 – GIA e GIM
TRANSFORMADOR T1
O transformador T1 fornece as tensões senoidais de referencia,
sincronizadas com as tensões de alimentação dos tiristores. Essas senóides de
referencia, estão adiantadas 60° das tensões de alimentação dos tiristores.
As tensões de alimentação do transformador T1, vêm do secundário dos
TP’s de relação 13,8 kV/115V, conectado nas barras de saída do gerador
síncrono. As tensões do secundário destes TP’s alimentam dois
autotransformadores TPRA e TPRM, de relação 115V/100V, e as tensões do
6
7
secundário de TPRA e TPRM alimentam o primário dos transformadores T1
dos módulos GI-A e GI-M, respectivamente. As tensões do secundário de T1,
isto é, o valor das senóides de base é igual a 10VCA de pico e 7VCA eficaz.
CARTÃO CAP
O cartão CAP constitui parte do filtro RC, onde as senóides de base,
obtidas no secundário do transformador T1, são filtradas.
As resistências, as quais estão em paralelo com os capacitores, são
montadas no modulo GI e os capacitores são montados no cartão CAP.
CARTÃO BU
A finalidade deste circuito é limitar a tensão de comando UC, isto é, o
sinal de erro. O valor do limite varia de acordo com a variação da tensão de
saída do gerador síncrono.
CARTÃO GERADOR DE PULSOS – GI
O cartão gerador de pulsos GI tem por função gerar os pulsos de disparo
e determinar o instante de disparo dos tiristores.
Sendo uma ponte retificadora a tiristores trifásica, existe a necessidade
de gerar 6 pulsos, sendo um para cada tiristor, portanto existem 6 cartões
geradores de pulsos.
Os pulsos na saída dos cartões GI são enviados ao modulo amplificador
de pulsos.
Funcionamento do MODULO AMPLIFICADOR DE IMPULSOS – AI.
O amplificador de impulsos AI, tem a função de amplificar os impulsos
elaborados pelo modulo gerador de impulsos GI. Os impulsos na saída do
amplificador de impulsos, alimentam os transformadores de disparo TMS, com
dois secundários, o qual por sua vez, alimenta o gate de dois tiristores. O
modulo amplificador de impulso é comum para os reguladores automático e
manual. Ele possui 3 cartões, sendo que cada cartão possui dois circuitos
idênticos, e cada circuito fornece pulsos para os 2 tiristores de cada braço de
um determinado armário retificador. Cada armário retificador possui um módulo
amplificador de impulsos AI.
A alimentação dos módulos amplificadores de impulsos é fornecida
pelos módulos das fontes de alimentação AL.
A figura 3 mostra o esquema de um módulo amplificador de impulsos,
visto que os outros são idênticos.
1.3
ARMARIO “Ta”
MÓDULO “AI - Ta”
CIRCUITO “MF 1”
ARMARIO
“Tb”
BRAÇO
“BS0”
BRAÇO
“BS6”
BRAÇO
“BS4”
CIRCUITO “MF 2”
BRAÇO
“BS10”
CIRCUITO “MF 3”
BRAÇO
“BS8”
BRAÇO
“BS2”
7
8
Figura 3 – Módulo Amplificador de Impulsos
As saídas do modulo AI alimentam os transformadores de impulsos,
cujos secundários alimentam os circuitos auxiliares dos gates dos tiristores.
1.4
Funcionamento da PONTE DE TIRISTORES.
A ponte retificadora a tiristor tem por finalidade fornecer a corrente
continua para o campo do gerador e através do controle do ângulo de disparo
dos tiristores, consegue-se controlar a corrente de campo e consequentemente
a tensão de saída do gerador.
A ponte retificadora trifásica a tiristores do sistema de excitação dos
geradores síncronos da UHT é composta de 48 tiristores, sendo que cada
braço possui 8 tiristores, na configuração serie paralelo, sendo que o braço de
cada armário possui 2 tiristores em serie.
A ordem de disparo dos tiristores é dada pelo valor de tensão CA de
cada fase de entrada da ponte retificadora.
Cada 6 circuitos formam uma ponte retificadora a qual constituem um
armário retificador como existem 4 armários retificadores, existem 24 circuitos
iguais. Em funcionamento normal os 4 armários estão em paralelo e fornecem
a potencia de excitação do gerador. Em caso de defeito em um armário este
pode ser retirado de serviço por meio de uma seccionadora e os outros três
armários tem a capacidade de fornecer a potencia de excitação do gerador.
Cada dois tiristores estão em serie com um fusível de ação rápida o qual
protege os tiristores contra sobrecorrentes. Este fusível possui um microcontato o qual opera quando o fusível abre dando alarme da ocorrência.
Existe também em cada tiristor um termostato que opera quando a
temperatura no tiristor for maior que 80°C. A operação deste termostato causa
o bloqueio dos impulsos do armário referente ao tiristor.
Cada braço da ponte possui um circuito de detecção de desequilíbrio de
condução nos tiristores. Ao detectar esta anormalidade, dá alarme da
ocorrência.
8
9
Um circuito RC está em paralelo com cada tiristor o qual tem a finalidade de
proteger o tiristor contra sobretensão transitória. A duração e amplitude da
sobretensão esperada determinam os valores de R e C.
Princípios de Funcionamento do MÓDULO ESTABILIZADOR DE
DESVIO DE POTÊNCIA – DP.
Este dispositivo está destinado a assegurar a estabilidade estática dos
alternadores. Nos casos de funcionamento com alta absorção de potencia
reativa e quando as reatâncias das linhas de ligação são elevadas, podendo
provocar instabilidades. Elas se manifestam por oscilações pendulares do rotor.
Para amortecer as oscilações pendulares aplica-se ao modulo RE, em
adição a referencia de tensão, um sinal estabilizador proporcional à aceleração
e as variações da velocidade angular do rotor respectivamente, derivada
segunda e primeira do ângulo interno.
A aceleração é obtida pelo desvio de potencia ativa.
MEDIÇÃO DE POTENCIA – CARTÃO MP
Este cartão é constituído de três multiplicadores que realiza o produto
tensão e corrente para cada fase do estator. As imagens das três tensões
fornecidas pelo transformador T1 são calibradas a 5V aproximadamente, para
a U nominal. As imagens das três correntes são tensões proporcionais de 4,7V
para a nominal fornecida pelo módulo MI.
MÓDULO “RhM”
2. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO REGULADOR DE CORRENTE – (RM)
O módulo de regulagem manual da corrente de campo, compara um sinal
de tensão proporcional a corrente de excitação, fornecida pelo módulo de
imagem de corrente MI, com uma tensão de referencia fornecida pelo reostato
manual Rh-M. A tensão de erro obtida é amplificada e será a tensão de
comando UC, que será aplicada ao circuito de disparo dos tiristores, isto é, no
módulo gerador de impulsos manual GI – M. A figura 4 mostra o diagrama
esquemático do módulo RM.
CIRCUITO IMAGEM
1.5
T1
CIRCUITO LIMITADOR DE
TENSÃO - LS
CIRCUITO DO
AMPLIFICADOR E ENTRADA
DO LIMITADOR - PA
Módulo GI-M
MÓDULO REGULADOR DE CORRENTE MANUAL
CIRCUITO DETECTOR
DE DESVIO - C
CIRCUITO DO
FILTRO CORRETOR
– FC
Figura 4 – Diagrama Esquemático do Módulo RM
9
10
2.1. Circuito Detector de Desvio – C
Este circuito compara o sinal de tensão proporcional à corrente de excitação
com a tensão de referência fornecida pelo reostato manual Rh-M
2.2. Circuito Filtro Corretor – FC
A função deste circuito FC, é de reduzir o retardo, introduzindo na malha de
regulação, quano o sistema de esxitação usado for do tipo rotativo. Como no
gerador, o sistema de excitação é estático, este circuito funciona somente
como um amplificador inversor de ganho 1
2.3. Circuito Amplificador e Entrada da Limitação – PA
Este circuito tem a função de amplificar o sinal de erro e receber a limitação
do circuito de limitação de sobretensão LS.
2.4. Limitação de Sobretensão – LS
Este circuito efetua a comparação entre a imagem de tensão do estator
aplicada em r10 com a tensão de referência dada pelo divisor de tensão R7 e
R8, aplicada em r9. A tensão do estator é retificada pelo divisor de tensão
constituído eplas resistências r1, r2 e r10, depois filtrada pelos capacitores C2
e C3. A tensão resultante da comparação será amplificada pelo amplificador
a1, em montagem potenciométrica, onde o ganho sera determinado pelas
resistências r11, r13 e r14. A saída de a1 será enviada ao borne 31 do circuito
PA
3. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO DE ACOMPANHAMENTO DOS
REOSTATOS – (AR - MA)
O módulo de acompanhamento dos reostatos, AR, permite a todo o
momento, efetuar a transferência do regulador de comando manual para
comando automático e vice – versa sem que haja modificação. O esquema
simplicado da figura 5, mostra o princípio de funcionamento deste módulo.
MÓDULO “AR – MA”
CIRCUITO DE CORREÇÃO - COR
CIRCUITO “SEUIL”
CIRCUITO “EMA”
Figura 5 – Módulo AR-MA
10
11
Cada sistema de comando excitação (manual e automático) libera uma
tensão ligada diretamente à corrente de excitação. Quando essas excitações
de comando UC, fornecidas pelos comandos natural e automático são
diferentes, para um mesmo valor de corrente de excitação, existe a
necessidade de se corrigir esta diferença. Esta função é realizada pelo circuito
COR do módulo. No gerador não é necessário este circuito, pois os sinais de
comandos automáticos e manuais são iguais.
O circuito EMA compara os sinais dos comandos automático e o manual, e
amplifica a tensão de erro obtida.
Esta tensão de erro amplificada é aplicada na entrada do circuito limite
SEUIL e quando ela ultrapassar +5V, o circuito SEUIL provoca o fechamento
do relé RE3, resultando num aumento da tensão de comando do regulador
manual, no caso de funcionamento em automático, ou diminuição de tensão de
comando do regulador automático, no caso do funcionamento em manual.
Quando a tensão de entrada do circuito SEUIL for inferior a -5V, o relé RE2
opera e provoca as variações em sentido inverso no comando automático ou
no comando manual.
Quando a tensão de entrada do circuito SEUIL estiver entre -5V e +5V, os
dois relés RE2 e RE3 estarão desoperados, e os dois reostatos estarão na
mesma posição, isto é, em equilíbrio.
O valor limite do circuito SEUIL é fixo. A tensão de erro que ele recebe é
igual ao seu valor de limite, dividido pelo ganho do circuito EMA. O ajuste do
ganho do circuito EMA permite regular a sensibilidade do acompanhamento
dos reostatos.
3.1. Circuito de Correção – COR
Este circuito tem a função de corrigir a tensão de comando UC do regulador
automático quando esta for diferente da tensão de comando UC do regulador
manual. Como no gerador as tensões de comando automática e manual são
iguais, esse circuito não executa esta função e o sinal que entra no borne de
entrada é igual ao do borne de saída.
3.2. Circuito Detector de Desvio – EMA
Este circuito faz a comparação entre as tensões de comando automático e
manual.
3.3.. Circuito Limitador SEUIL
Este circuito comanda os relés RE2 e RE3, os quais acionam os reostatos
Rh-A e Rh-M.
4. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO DE AJUSTE DE POTÊNCIA
REATIVA NULA (AR-P)
O módulo AR-P tem a função de zerar a potência reativa no momento de
uma parada parcial. Recebe informação de potência do módulo RQ e este sinal
será corrigido pelo cartão COR do módulo AR-P. Os níveis e polaridades da
tensão de saída do cartão COR dependerão dos valores da tensão fornecida
pelo módulo RQ, a qual é proporcional aos valores da potência reativa.
O circuito EMA amplifica a tensão obtida. Esta tensão amplificada é
aplicada no borne 35 do circuito SEUIL e quando ela ultrapassar +5V o circuito
11
12
SEUIL provoca o fechamento do relé RE3, resultando numa diminuição da
tensão de comando do regulador em funcionamento manual ou automática.
Quando a tensão de entrada do circuito SEUIL for inferior a -5V, o relé RE2
opera e provoca variações em sentido inverso no regulador automático ou no
regulador manual. A figura 3 mostra o esquema do módulo AR-P.
MÓDULO “R-Q”
MÓDULO “AR-P”
Esquema interno idêntico ao
módulo “AR-MA” (posição do
link ao contrário)
MÓDULO “AL-A
Figura 6 – Módulo “AR-P”
5. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO DE LIMITAÇÃO DE FLUXO – U/F
Quando a freqüência da rede está baixa, tem lugar um crescimento de fluxo
que pode ser perigoso para os transformadores e motores da instalação.
O fluxo nos circuitos magnéticos é proporcional a relação entre a tensão e a
freqüência U/F. A função deste módulo é limitar esta relação a um valor
aceitável. O diagrama da figura 7 mostra mostra o módulo U/F, o qual
comporta 3 partes distintas:
MÓDULO REGULADOR DA RELAÇÃO TENSÃO – FREQÜÊNCIA – U/F
CIRCUITO DE MEDIÇÃO DA
RELAÇÃO U/F - DUF
CIRCUITO AMPLIFICADOR FCA
MÓDULO “RE”
MÓDULO “AL-A”
Figura 7 – Módulo U/F
1ª Parte: Regulação propriamente dita de U/F (Circuitos DUF e FCA). As
tensões alternadas do gerador são aplicadas a um circuito (resistores condensadores) que libera uma tensão proporcional à relação tensão –
freqüência. Estas tensões alternadas são retificadas, filtradas e comparadas
com a tensão de referência ajustável (circuito DUF). A tensão resultante da
comparação é amplificada a um nível conveniente e aplicada ao circuito PA do
módulo RE na entrada de limitação e pode substituir o sinal de saída do
regulador de tensão quando a freqüência atingir o valor mínimo permitido
(circuito FCA), provocando uma diminuição da corrente de excitação.
12
13
2ª Parte: Detecção do nível U/F (circuito SUF1). Comporta um estágio
comparador. No gerador síncrono este circuito não é usado.
3ª Parte: Idêntico ao SUF1. Também não é utilizado no gerador síncrono.
6. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO DE ALIMENTAÇÃO (AL-A, AL-M,
AL-a, AL-b, AL-c E AL-d)
Este módulo fornece tensões estabilizadas de +15VCC e -15VCC, ou
+30VCC, em funcionamento normal, através dos circuitos T1, AS e ASP. Os
circuitos CV e T2-PR garantem que em caso de queda da tensão do estator as
tensões estabilizadas de +15VCC e -15VCC ou +30VCC serão fornecidas a
partir da tensão da bateria. A figura 8 ilustra o diagrama do módulo.
O módulo AL-a fornece tensões de +15VCC para os diversos circuitos do
regulador de tensão automático, o módulo AL-M fornece tensões de +15VCC
MÓDUL
O “AL-a”
Idêntico
ao
módulo
“AL-M”
MÓDULO
“AL-b”
Idêntico ao
módulo
“AL-M”
MÓDULO
“AL-c”
Idêntico ao
módulo
“AL-M”
MÓDULO
“AL-d”
Idêntico ao
módulo
“AL-M”
MÓDULO
“AL-A”
Idêntico ao
módulo
“AL-M”
BANCO DE BATERIAS
MÓDULO “AL-M”
CIRCUITO “T2-PR”
CIRCUITO CONVERSOR
CC/CA
CIRCUITO “AS”
CIRCUITO “ASP”
CIRCUITO “T1”
para os diversos circuitos do regulador de corrente manual e os módulos Al-a,
AL-b, AL-c, AL-d fornecem tensões de +30VCC para os módulos
amplificadores de impulsos, AI, dos armários retificadores Ta, Tb, Tc e Td.
Figura 8 – Módulos AL
7. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO DE DETEÇÃO DE FALTA DE
IMPULSOS (CIC-I)
A função deste módulo é detectar a falta de impulsos de disparo dos
tiristores. As entradas do módulo CIC-I são diretamente ligadas às barras de
impulsos, as quais saem dos geradores de impulsos GI-A e GI-M.
A ponte retificadora a tiristores, em montagem hexafásica, utiliza a
condução simultânea de dois braços, a fim de poder facilitar o estabelecimento
da corrente de carga.
Cada tiristor recebe um segundo impulso de disparo, isto é, 60° após o
tiristor ter disparado ele recebe um segundo impulso fornecido pelo tiristor que
está iniciando a condução. Seja, por exemplo, os tiristores dos braços 7 e 5. O
impulso de disparo do tiristor 7, emitido pelo cartão GI-7, é igualmente enviado
sobre o tiristor 5, através do estágio final do cartão GI-5.
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Do mesmo modo, o tiristor 3 recebe o impulso de disparo do tiristor 5,
através do estágio final do cartão GI-3. A cada instante de disparo de um braço
da ponte, existe então a emissão de dois impulsos simultâneos, constituindo
um par de impulsos. Os pares de impulsos são os seguintes: 1-3, 3-5, 5-7, 7-9,
9-11 e 11-1.
O módulo CIC-I detecta a ausência de pelo menos um impulso por par. O
módulo CIC-I é constituído por dois circuitos DT, idênticos, em paralelo, sendo
que cada um supervisiona 3 pares de impulsos. As saídas 28 dos circuitos DT
são interligados entre si, e alimentam o relé REL.T, o qual opera quando faltar
um impulso. A figura 10 mostra o esquema do módulo CIC-I.
Figura 10 – Módulo de deteção de falta de impulsos
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15
MÓDULO CIC-I
TRANSFORMADOR T1
CIRCUITO “AS”
CIRCUITO “DT1”
CIRCUITO “DT2”
CIRCUITO “ASP”
REL.T
Este circuito é comum aos armários Ta, Tb, Tc e Td
O relé operando, o gerador será desligado pelo módulo detector de falta de
condução CIC-C, pois faltará impulsos para os 6 tiristores de um determinado
braço da ponte retificadora. O módulo possui sua própria fonte de alimentação ,
montada em seu interior. Esta fonte recebe alimentação de 100VCA, fornecida
pelo transformador TPAE.
8. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO DE DETEÇÃO DE FALTA DE
CONDUÇÃO (CIC-C)
A função deste módulo é detectar a falta de condução dos tiristores. Cada
armário retificador possui um módulo CIC-C, sendo que cada módulo
supervisiona os 12 tiristores de cada armário.
Cada tiristor possui um TC, o qual alimenta um circuito RT, que por sua vez
fornece uma tensão para o circuito DT do módulo CIC-C.
Cada braço da ponte de um armário possui dois tiristores em série, os quais
alimentam um circuito de cartão DT e como cada cartão DT possui 3 circuitos,
então existe a necessidade de 2 cartões DT. Veja figura 11.
15
16
MÓDULO CIC-C
TRANSFORMADOR T1
CIRCUITO “AS”
CIRCUITO “DT1”
CIRCUITO “ASP”
REL.0
REL.4 REL.8
REL.T
CIRCUITO “DT2”
REL.10 REL.2 REL.6
Este circuito é comum aos armários Ta, Tb, Tc e
Td
Figura 11 – Módulo de deteção de falta de condução
Circuito DT
Cada circuito DT supervisiona 3 braços da ponte retificadora de um armário.
Se um dos braços der defeito, o relé correspondente irá acionar. Se o mesmo
braço de outro armário deixar de conduzir este relé, o alternador irá parar.
Durante a partida do alternador, o relé 37, de mínima corrente de campo,
inibe os módulos CIC-C até que a corrente de campo ultrapasse a 10% da
nominal. Se um dos armários ficar fora de serviço, ou se a ventilação de um
dos armários der defeito ou ainda, se o termostato de sobretemperatura no
tiristor operar, o módulo CIC do armário correspondente ficará inibido.
O módulo possui sua própria alimentação com o módulo CIC-I, recebendo
tensão alternada de 100VCA do transformador TPAE.
9. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO DE SINALIZAÇÃO DAS
LIMITAÇÕES
Este módulo sinaliza a entrada em funcionamento das limitações e é
formado por dois circuitos impressos SMAX e SMIN. O circuito SMAX detecta a
entrada em funcionamento de duas limitações que dão uma ordem analógica
de desexcitação, são elas:
- Limitação de sobrexcitação e limitação de corrente do estator em
fornecimento de reativo.
O circuito SMIN detecta a entrada em funcionamento de duas outras
limitações que dão ordem de sobrexcitação, são elas:
- Limitação de subexcitação e limitação de corrente do estator em absorção
de reativo.
SMAX e SMIN são cartões com montagem eletrônica simétricas, formados
por detectores limites que medem as variações do sinal analógico de limitação
e acionam uma sinalização quando a tensão de saída do circuito de limitação
se torna inferior a um valor fixo.
Fora das zonas de limitações, os sinais analógicos limitadores são
permanentes e iguais ou superiores a +10V, aplicados na entrada do circuito
SMAX e -10V, aplicados na entrada do circuito SMIN. A figura 8 mostra o SL
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MÓDULO “SL”
CIRCUITO “SMAX”
re1
re2
CIRCUITO “SMIN”
re1
re2
Figura 11 – Módulo de Detecção dos limites
9.1. Circuito SMAX
Se o sinal de limitação ficar suficientemente positivo, os relés re1 ou re2
permanecem desenergizados. Logo que o sinal de limitação tender a menos
positivo e passar a valores negativos, os relés re1 ou re2 se energizam e
fecham seus contatos provocando a operação dos relés 76Z sinalizando
corrente máxima no rotor (ou 51X – corrente no estator máxima ou mínima).
9.2. Circuito SMIN
O funcionamento deste circuito é semelhante ao SMAX, por transistores
associados a relés, mas as polaridades dos diferentes circuitos são opostos.
Ele detecta a entrada em funcionamento da limitação de corrente do estator em
absorção de reativo e a limitação de subexcitação quando da passagem destes
sinais de limitação de valores negativos a valores positivos.
Quando isso ocorre o relé re2 opera causando o acionamento do relé 51X,
o qual sinaliza corrente no estator máximo ou mínimo.
10. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO DE MEDIÇÃO DE CORRENTE (MI)
Este módulo permite obter tensões proporcionais à corrente do estator e
rotor, as quais são usados nos diversos circuitos do regulador. AS duas pontes
retificadoras retificam as imagens de corrente do rotor, fornecidas pelso TC’s
instalados sobre as fases de alimentação dos tiristores.
11. PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DO MÓDULO LIMITADOR DE
SUBEXCITAÇÃO – RQ
Este dispositivo está destinado a evitar uma desexcitação muito acentuada
do alternador quando está em absorção de potência reativa. Ele conserva o
alternador dentro de limites normais de funcionamento para o qual a
estabilidade estática está mais garantida.
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12. FUNCIONAMENTO DO COMANDO DO CONTATOR DE CAMPO – 41
AeB
a. Comando Manual de Fechamento
O comando elétrico manual só é utilizado em caso de manutenção. Para a
sua realização deverão estar satisfeitas as seguintes condições:
- Contatos do relé 14CX2X1 fechado e chave C43U seletora para local
manual
- Relés 86PR.X1, 86MR.X1, 86HR.X1, 86E1R, 86E2R, 86E1 e 1DE
desoperados.
O comando é dado então acionando-se a chave C41.
O relé 2E energiza e seu contato completa o circuito para energização do
relé 2EX. Com a operação do relé 2EX, o seu contato energiza as bobinas de
fechamento 41 A e B fechando os contatores de excitação 41A e B. Os
contatores são dotados de uma resistência R41 que limita a corrente nas
bobinas de fechamento assim que o ciclo de fechamento é completado.
b. Comando Automático de Fechamento
Na partida automática o comando é efetuado através da energização do
relé 4AX2 que ao operar fecha o seu contato. Mantendo o contato do relé
14CX2X1 fechado, o relé 2E energiza e o circuito de fechamento dos
contatores 41 A e B é compeltado como descrito anteriormente.
c. Comando Manual de Abertura
O comando elétrico manual só é utilizado em caso de manutenção. O
comando é efetuado acionado-se a chave C41. É então energizada as bobinas
de abertura dos contatores 41 A e B e os mesmos se abrem
d. Comando Automático de Abertura
- Velocidade 115%: relé 14C.X1
- Defeito na excitação: relé 86E1
- Falha abertura do disjuntor grupo 1: relé 50BF.X1
- Falha abertura do disjuntor grupo 2: relé 50BFX1
- Discordância de fase: relé 48DX
- Disjuntor do grupo Desligamento Automático, abertura 1: relé 5.86V1
- Disjuntor do grupo Desligamento Automático, abertura 2: relé 5.86V2
- Parada Parcial: relé 86PRX1
- Parada por defeito mecânico: relé 86MR.X1
- Parada por defeito hidráulico: relé 86HR.X1
- Defeito Elétrico 1: relé 86E1R
- Defeito Elétrico 2: relé 86E2R
- SF6 compartimento “R” Pressão Baixa – 2º Grau: relé 63R.X1
- Teletransmissão recepção B.F ordem 1: relé 5.1X2
- Teletransmissão recepção B.F ordem 2: relé 5.2X2
- Defeito na excitação inicial: relé 1DE
13. FUNCIONAMENTO DO COMANDO DO CONTATOR DE EXCITAÇÃO
INICIAL- 53
a. Comando de Fechamento (1ª Condição)
Para a sua realização deverá ser considerada a partida da máquina 1, 3, 5 ou 7
e estar satisfeiras as seguintes condições:
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- Chave 89 A na posição normal dando condição de alimentação CA pelo
contator 52AG;
- Ausência de bloqueio de fechamento para o contator de excitação inicial,
relés 48 A, 59 AA e 59 AM desoperados e contatores de excitação 41 A e B
abertos.
- Velocidade da máquina a 80% da rpm nominal o relé 14CX2X1 opera e
energiza a bobina do relé 59AX que ao operar se mantéma através de seu
contato.
- O relé 3AG opera através do contato do relé 59AX e de um contato auxiliar de
contator de excitação 41 A;
- O relé 2 AG opera através dos contatos do relé 3 AG se a chave 89 A estiver
na posição normal e o relé 86 A estiver desoperado.
- Os contatos do relé 2 AG ao fechar, energiza a bobina de fechamento do
contator auxiliar da excitação inicial 52 AG;
- O relé 53X, auxiliar do contator de excitação inicial 53, será energizado
através dos contatos do 2 AG em série com um contato auxiliar do 52 AG e um
contato da chave 89 A;
- Após a energização do 53 X o contator 53 fecha.
b. Abertura do Contator de Excitação Inicial
- Assim que a tensão da máquina atingir 50% do seu valor nominal os relés 59
AA e 59 AM se energizam e desfazem o circuito que mantém o contator 53
fechado;
- Observar que a abertura do contator 52 AG se dá aproximadamente 0,6
segundos após o contator 53, graças a temporização do relé 2 AG na abertura;
- O contator 53 poderá abrir por falha na excitação inicial através da operação
do relé 48 A.
c. Comando de Fechamento (2ª Condição)
- Exemplo da excitação inicial da máquina 1 com a chave 89 A dando condição
de alimentação alternada pelo contator 52 AD;
- A energização dos relés 59 AX e 3 AG se dá da mesma maneira que o
descrito na primeira condição;
- O relé 2 AD opera através dos contatos do relé 3 AG se a chave 89 A estiver
dando condição e o relé 86ª estiver desoperado
- O contato do relé 2 AD ao fechar energiza a bobina de fechamento do
contator auxiliar da excitação inicial 52 AD;
- O relé 53 X, auxiliar do contator de excitação inicial 53 será energizado
através do contato do 2 AD em séria com um contato auxiliar do 52 AD e um
contato da chave 89 A;
- Após a energização do 53 X o contator 53 se fecha.
A abertura do contator 53 se dará da mesma forma que a descrita
anteriormente.
14. FUNCIONAMENTO DO COMANDO DOS VENTILADORES
19
20
a. Comando dos ventiladores de Resfriamento dos tiristores
i. Comando de Partida
O comando de partida dos ventiladores se dará no instante em que fechar o
disjuntor de campo, pois em série com a bobina do contator 88V de cada
armário existe um contato auxiliar do disjuntor de campo 41B.
ii. Comando de Parada
O comando de parada se dará com a abertura do disjuntor de campo, pois o
contato auxiliar do 41B se abre e corta a alimentação da bobina do contator
88V
A parada do ventilador pode acontecer também pela atuação do térmico
(Th), que no caso é solidário ao contator 88V e seu único contato está em série
com a botoeira do contator.
iii. Supervisão
Cada armário possui um relé 21aX que é energizado nas seguintes
condições
- Contato auxiliar do disjuntor de campo 41 B fechado;
- Contato da 89 I fechado;
- Contato do detetor de velocidade n fechado (indicando que o ventilador está
parado)
O relé 21aX irá energizar o relé 86V.
iv. Supervisão de Defeito
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Em cada armário existe um relé 86V responsável pela supervisão de defeito
na ventilação de cada armário.
O relé 86V executa as seguintes funções:
- se mantém energizado pelo seu contato de selo;
-energiza o relé 86C de bloqueio dos pulsos de controle dos tiristores do
armário correspondentes;
-acende a lâmpada de supervisão LMV, defeito na ventilação do armário
correspondente.
15. FUNCIONAMENTO DAS PROTEÇÕES DO SISTEMA DE EXCITAÇÃO
a. Proteção dos Armários Retificadores
O tratamento dos defeitos nos armários de retificação são realizados a nível
em cada armário e a nível de reagrupamento nos painéis do comando do GS
através de bornes de saída previstos nos armários de retificação.
Cada armário possui lâmpadas de sinalização e botões de rearme de
defeito e de teste de lâmpadas.
SINALIZAÇÃO LOCAL
Na parte frontal de cada armário são sinalizados os seguintes defeitos:
EVENTO
LÂMPADA
Defeito
na
Ventilação
(contato LMV
centrífugo do ventilador)
Defeito sobre o braço da ponte L85X
(defeito – não condução e fusão do
fusível)
Tiristor em Curto-Circuito
L60T
Defeito no Braço B0
LB0
Defeito no Braço B2
LB2
Defeito no Braço B4
LB4
Defeito no Braço B6
LB6
Defeito no Braço B8
LB8
Defeito no Braço B10
LB10
Defeito na supervisão dos tiristores LSP
(Alim. CIC-C e 60t)
Seccionadora de isolamento aberta
L89I
Máxima temperatura dos tiristores
L26T
Fusão do fusível da proteção contra as LPS
sobretensões no armário retificador
Falta
circulação
de
água
de L21e
resfriamento dos tiristores
Classificação dos Defeitos
Os defeitos são classificados segundo seu modo de ação em:
a) Tipo A: Defeitos que provocam somente uma sinalização qualquer que
seja seu número
- Fusão do fusível da proteção contra sobretensão no armário retificador.
b) Tipo B: Defeitos que acarretam a perda de operação de um armário
completo
- Abertura de um seccionador
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22
Essa proteção diz respeito à abertura das seccionadoras 89P e 89I e são
efetuadas do seguinte modo:
-Chave 89P: contato fechado atuando no relé 89P
-Chave 89I: contato atuando no relé 86V
-Defeitos na Ventilação
-Contato do relé 21aX atuando no relé 86V
O defeito é sinalizado no local pela lâmpada LMV, uma por armário.
- Aquecimento anormal dos tiristores
Contato dos térmicos instalados nos tiristores atuando no relé 26TX.
Sinalização local através da lâmpada L26T.
Atuação das Proteções
Os defeitos tipo B provocam o bloqueio dos impulsos do armário
correspondente.
A abertura do contator de excitação e a consequente parada do GS
pode ser provocada pela combinação dos seguintes defeitos (relé 86P):
- 2 defeitos tipo A, relativos a 2 tiristores em série situados em armários
diferentes;
- 2 defeitos tipo B, relativos a armários diferentes;
- 1 defeito tipo A e um defeito tipo B relativos a armários diferentes
Ausência de Tensão nos Dispositivos de Deteção de Não Condução dos
Tiristores
Em condições normais de operação cada armário possui um dispositivo de
supervisão de condução dos tiristores denominado CIC-C. Em caso de não
condução de um tiristor esse dispositivo opera, provocano a sinalização e o
defeito é levado em conta para as sequencias de operação. Por se tratar de
uma proteção necessária, mas não imprescíndivel, é feita uma supervisão
na alimentação da corrente contínua desse módulo.
Em condições normais de operação temos +15V entre os pontos B1 e E1 e
o relé 80P encontra-se energizado. Se ucontato 14-16 estará aberto e o relé
80PX encontra-se desernegizado.
Ocorrendo falha na alimentação contínua para o módulo CIC-C, o relé 80P
desopera e opera o relé 80PX, provocando a energização do relé 86SP,
que por sua vez provoca:
- Contato 3-7: selo
- Contato 6-10: acende lâmpada de sinalização local LPS
- Contato 4-8: energiza o relé 86SPX, instalado no painél de regulação
Defeitos na Ventilação
Ocorrendo um defeito no moto-ventilador, o térmico Th opera, parando o
motor. Teremos então a operação do relé 21aX que provoca operação do
relé 86V, que por sua vez provoca:
- Contato 3-7: selo
- Contato 6-10: lâmpada de sinalização LMV
- Contato 4-8: opera o relé 86C que comanda o bloqueio dos pulsos de
controle dos tiristores do armário correspondente.
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Defeitos no Sistema de Resfriamento a Hidrorefrigerante
Em caso de fuga de líquido, um vazilhame situado debaixo do
hidrorefrigerante está preparado para recuperar o fluido.
Um sistema Redox permite revelar a presença de água dentro do vazilhame
ao atingir determinado nível aciona um alarme (relé 21eX).
- Sinalização local: lâmpada L21e.
Máxima Temperatura dos Tiristores
Durante o funcionamento do sistema de excitação a temperatura dos
tiristores é supervisionada por termo-contatos, sendo denominadas 26T1 e
26T2, que são acionados quando a temperatura ultrapassar 80°C.
Os contatos de um mesmo armário são ligado em paralelo e alimentam o
relé 26TX desse armário, o qual por sua vez executa as seguintes funções:
- Contato 3-7: selo
- Contato 4-8: energiza o relé 86C que comanda o bloqueio dos pulsos de
controle dos tiristores do armário correspondente.
- Contato 5-10: sinaliza tiristores temperatura alta através da lâmpada L26T.
Conclusões
O sistema de excitação de campo dos geradores da 1 a fase da UHE de
Tucuruí é um sistema de elevado grau de complexidade, apresentando um
número considerável de subsistemas. Todos esses subsistemas são
susceptíveis à falhas de natureza elétrica ou mecânica. Dessa forma, o
número de variáveis passíveis de serem monitoradas é muito grande. No
entanto, observa-se que determinados subsistemas são muito críticos ao
funcionamento do sistema, pois uma falha em desses elementos implicaria
na necessidade de parar a máquina para evitar dados maiores aos
equipamentos. Foi observada a necessidade de monitorar se monitorar
continuamente:






A temperatura do tiristores, um total de 48 tiristores a ser
monitorados, 12 em cada armário.
O fluxo do refrigerante, em cada armário.
Temperatura, valor RMS da corrente, e vibração do ventilador em
cada armário.
As formas de ondas e pulsos dos circuitos de disparo.
O valor RMS das correntes nos tiristores.
O desgaste das escovas.
Uma questão crítica será a medição das grandezas, seu condicionamento
local e comunicação dos dados até a sala de controle. Como o número de
pontos de medição é consideravelmente grande, a solução de transmissão no
padrão convencional de 4-20ma implicaria em um número excessivo de fiação
para comunicação dos dados. Dessa forma a solução a ser estuda para
implementação será a através do emprego de redes de barramento de campo.
23
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Referências
Eletronorte- Manual Técnico do Sistema de Excitação dos Grupos Principais da UHE de
Tucuruí.
Strauss, Cobus-2003- Practical Electrical Network Automation and Communication
Systems- Newnes – Elsevier.
Grigsby,L.L.-2001-The Electric Power Engineering Handbook- CRC Press-IEEE Press
Da Ruan; Fantoni, Paolo-2001- Power Plant Surveillance and Diagnostics-Springer
Araújo, C.; Cândido, J. ; de Souza, F.; Dias, M.-2002- Proteção de Sistemas ElétricosEditora Interciência
Lander, Cyril- 1988- Eletrônica Industrial-McGraw-Hill
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