CE A2 e C4
WORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO
TRANSFORMADOR-SISTEMA
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
JWG CIGRE A2/C4.3
22 de Outubro de 2009, CEPEL, Rio
RJ
22 de Outubro de
de Janeiro,
2009, CEPEL,
Rio de Janeiro, RJ
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA

Comitê C4 de Desempenho de Sistema Elétricos
C4.3 - Coordenação do Isolamento
Comitê A2 de Transformadores do Cigré-Brasil

Início dos trabalhos em Maio/2005.

Participação Ativa : CEPEL, ELETROSUL, FURNAS, CEMIG,
CHESF, ELETRONORTE, AREVA, WEG, SIEMENS, ONS.

Contribuições: UFMG, PUC-PR, TOSHIBA, ABB,
AES/ELETROPAULO, CTEEP, COPEL, ITAIPU, LACTEC, FURB
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
MOTIVAÇÃO
Percentual elevado de falhas de origem dielétrica, de
difícil diagnóstico, em transformadores do Sistema
Interligado Nacional.
Determinadas condições de operação do sistema
poderiam estar produzindo solicitações para as quais
os transformadores não foram testados ou projetados ?
ASPECTOS SISTÊMICOS
ALTERAÇÕES SIGNIFICATIVAS NA TOPOLOGIA DO
SISTEMA ( NOVOS ACESSANTES, NOVAS INTERLIGAÇÕES)
AUMENTO DE MANOBRAS NO SISTEMA PARA OBEDECER
ÀS NECESSIDADES OPERACIONAIS, ENERGÉTICAS E DE
SEGURANÇA
EMPREGOS DE NOVAS TECNOLOGIAS:
POSSÍVEIS GERADORAS DE DISTÚRBIOS
GERAÇÃO DISTRIBUIDA: TIPO DE CONEXÃO
CONVERSÃO CA/CC/CA
EFEITO NOS TRANSFORMADORES
OPERAÇÃO PLANEJAMENTO
ASPECTOS RELACIONADOS AO EQUIPAMENTO
NÚMERO EXPRESSIVO DE TRANSFORMADORES COM MAIS
DE 20 DE ANOS EM OPERAÇÃO.
•
•
AMBIENTE COMPETITIVO: PROJETOS OTIMIZADOS
INFORMAÇÃO INSUFICIENTE SOBRE O AMBIENTE
ELÉTRICO AO QUAL O TRANSFORMADOR ESTÁ SUBMETIDO.
•
NECESSIDADE DE UMA MAIOR AVALIAÇÃO DO EFEITO
CUMULATIVO DAS SOLICITAÇÕES ELÉTRICAS NA ISOLAÇÃO.
•
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
Victor Sokolov
ZTZ-Service,Ukraine
Mais da metade das falhas estão relacionadas à
suportabilidade da isolação , a problemas
relacionados à fabricação e causas desconhecidas.
Transformer Reliability Survey
WG A2.37
• Pesquisa sobre práticas internacionais
relacionadas a confiabilidade de
transformadores
• Resultados preliminares apontam para um
número significativo de falhas com causa
indeterminada.
Electrical Transient Interaction between
Transformers and the Power System
CIGRÉ
JWG A2/C4.39
POWER
TRANSFORMER
Análise de Transitórios
Universidade de Manchester
INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
LITERATURA
•
Transformer Design and Optimization: A Literature Survey
Necessidade de aprimoraramento dos
programas de transitórios quanto aos
modelos de transformadores
Número insignificante de trabalhos
sobre “Interação transformador/
sistema: análise de ocorrências
e especificações
IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 24, NO. 4, OCTOBER 2009
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
EXPERIÊNCIA DAS EMPRESAS


CEMIG, CHESF, FURNAS, ELETRONORTE, ITAIPU,
COPEL.
NATIONAL GRID, HEP (CROÁCIA)
EXEMPLOS DE FALHAS TRANSFORMADORES
CHESF
TRANSFORMADORES ELEVADORES 16-16-500kV-555MVA
UHE LUIZ GONZAGA
05L5
Argelim
ST1
05C1
PAfonso IV
05S4
Olindina
05C3
Sobradinho
D13
D23
D33
D43
D53
D12
D22
D32
D42
D52
D11
Linha Aérea
Curt a (380....480m)
ST2
D21
ST3
D31
Seccionadoras
dos Disjuntores
não representadas
1a, fase B
2a, fase B
3a, fase C
4a, fase B
H
T1 3x185MVA
H
T2
H
T3
525kV
16kV
X
X
X
1D1
1D2
1G1
1G2
250MW
05C4
Sobradinho
Serv Aux.
X
X
X
2D1
2D2
3D1
3D2
2G1
2G2
3G1
3G2
250MW
250MW
Serv Aux.
WORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMA
22 de Outubro de 2009
CEPEL – Rio de Janeiro - RJ
Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF)
SE Campina Grande II 230kV
128m
20m
GT A2/C4-03
WORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMA
22 de Outubro de 2009
CEPEL – Rio de Janeiro - RJ
Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF)
SE Campina Grande II 230kV
2 ,0
210kHz
1,8
1,6
14T2
14D1
40
45
Tensão (pu)
1,4
1,2
1,0
0 ,8
0 ,6
0 ,4
340kHz
0 ,2
0 ,0
0
5
10
15
20
25
30
35
50
Tem po (us)
GT A2/C4-03
WORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMA
22 de Outubro de 2009
CEPEL – Rio de Janeiro - RJ
Fator de amplificação entre o 230kV e o terciário
SE Campina Grande II 230kV
10 0 0 ,0
158kHz / 257pu
Sem capacitor
Fator de amplificação (pu)
10 0 ,0
Com capacitor 1,273uF
10 ,0
1,0
0 ,1
10 0 0 0
10 0 0 0 0
10 0 0 0 0 0
Freqüência (Hz)
GT A2/C4-03
EXEMPLOS DE FALHAS TRANSFORMADORES
FURNAS
Autotransformadores 765/345-20 kV – 500MVA
SE Tijuco Preto
• Histórico significativo de falhas desde a década de 90 .
Seis unidades falhadas entre 2005 e 2008.
• Fabricantes diferentes, bom histórico de manutenção,
diversos tempos de operação.
• Causa das falhas ainda em investigação :
Efeito dos transitórios de manobras na SE
EXEMPLOS DE FALHAS TRANSFORMADORES
CEMIG GT
Autotransformadores T1, T2 500/345-13,8 kV
400 MVA
AUTOTRAFO T1
• Falha em 31/01/1995
AUTOTRAFO T2
• Dois anos em operação
• 07/02/1995, dois anos e meio
em operação
• Atuação proteções
diferenciais e relé de gás
• Falha com explosão, deformação
tanque, atuação proteções
EXEMPLOS DE FALHAS DE TRANSFORMADORES
CEMIG GT
Autotransformadores T1, T2 500/345-13,8 kV
400 MVA
• Medições de resposta em frequência, simulações
digitais, avaliações em conjunto com o fabricante
responsável pela reforma
• Causa mais provável : Ressonância interna ao
Enrolamento? Manobra de chaves secionadoras?
T4
1L6
2L6
1K6
2K6
1L5
2L5
1K5
2K5
4K5
2L4
1K4
2K4
4K4
2L3
1K3
2K3
BARRA-Nº-P-161kV
4K6
3K3
USIMINAS
B-Nº3-138kV
BARRA-Nº2-T-138kV
MESQUITA - LT1
IPATINGA 3
CARATINGA 1
IPATINGA 2
MESQUITA - LT2
PORTO ESTRELA
BARRA -Nº2-T-161kV
T4
225/225-75 MVA
4K3
BARRA-Nº1-P-138kV
4KT2
BARRA-Nº1-P-230kV-S1
2M3
3M3
1M4
2M4
3M4
1M5
2M5
3M5
1M6
2M6
3M6
4M3
4M6
T2
T2
3x40/40-16,5 MVA
2M0
GUILMAN
AMORIM
IPATINGA 1
BARRA-Nº1-P-230kV-S3
5M3
6M3
7M3
8M3
9M3
1OM3
5M4
6M4
7M4
8M4
9M4
1OM4
6M5
7M5
8M5
9M5
1OM5
6M6
7M6
8M6
9M6
1OM6
5M6
ACESITA
1M3
T1
3x50/50-16,66 MVA
1M0 S2
BARRA-Nº2-T-230kV
T3
SERV.AUX.
13,8 kVNº.:
Enrolamento 13,8KV
SE Ipatinga 1
Autotransformador
230/161-13,8 kV
230kV - Terra
500
[kV]
375
RESULTADO MANOBRA DE CHAVE
250
125
TRANSFERÊNCIA DO 230 kV PARA O 13,8kV
0
SURTO DE ENTRADA
-125
Frequência 400 kHz a
1Mh
-375
-500
0.00
AUTOTRAFO T1
Vmax 2,5pu
-250
0.02
0.04
0.06
0.08
[ms]
0.10
(file IPAT_SEC_TRAFO_REGNIÇAO_COM_RESIST.pl4; x-var t) v:T1_23A
Ponto 8 - Terra Interno Enrolamento
13,8kV
ENROLAMENTO
TERCIARIO
ENROLAMENTO ENROLAMENTO
COMUM
SÉRIE
REGULAÇÃO DA AT
RESISTÊNCIA DE
ATERRAMENTO DA
MT
Vmax 11,5pu
Frequencias: centenas de kHz
EXEMPLOS DE FALHAS DE TRANSFORMADORES
CEMIG GT
FALHAS EM ANÁLISE
● Dois autotransformadores elevadores 345-13,8kV,
da UHE Três Marias : Falhas da isolação dos primeiros
discos da bobina de 345kV
● Autotransformadores 500/345 - 13,8kV e 500/230 13,8kV, 400MVA
Problemas da isolação do núcleo, centelhamento
terminais da bobina de alta.
Curto circuito da terminação de saída do enrolamento para o grampo
através do suporte de fixação.
SE OURO PRETO 2
•
Contato entre chapas de pacotes diferentes do núcleo devido à falha de isolação entre elas
SE OURO PRETO 2
SE JAGUARA
UHE TUCURUÍ- 1a Etapa: CONEXÃO TRANSFORMADOR – SE BLINDADA
Conexão Transformador – GIS
Grupo de dois geradores
Manobras de Secionadores em SF6
Restrição Operativa na SE Blindada
Tucuruí 1a etapa.
Transitórios de Alta-Freqûência
Provável causa da falha de um dos
Transformadores elevadores 13,8-550 kV,
378 MVA, da 1a etapa da UHE Tucuruí
Very Fast Transients – Cálculo com ATP
Histórico de falhas de Trafos 550 kV
COPEL
Unidade 1C – 28 de Novembro de 2007
Unidade 4C – 04 de Dezembro de 2007
Unidade 3C – 15 de Fevereiro de 2008
27
GBM – SF6 – 525 kV - UNIFILAR
28
29
CONCLUSÃO

CAUSA FUNDAMENTAL
– FALHA POR SOLICITAÇÕES SUPERIORES À
SUPORTABILIDADE

SUGESTÕES
– CONTINUAR OS ESTUDOS (P&D – modelagem
e ensaios de campo para validar modelagem).
– REDUZIR AS MANOBRAS RECONHECIDAS E
SUSPEITAS COMO FONTES DE TENSÕES
TRANSITÓRIAS/RESSONANTES
– REAVALIAR A COORDENAÇÃO DE
ISOLAMENTO DAS INSTALAÇÕES
30
Experiência ITAIPU
RESTRIÇÃO DE MANOBRAS DE SECIONADORAS
FALHAS DE DOIS TRANSFORMADORES ELEVADORES NÃO
ESCLARECIDAS
( CURTO ENTRE ESPIRAS)
EXPERIÊNCIA INTERNACIONAL
NATIONAL GRID
32
EXPERIÊNCIA INTERNACIONAL
NATIONAL GRID
33
EXPERIÊNCIA INTERNACIONAL
HEP (Croácia)
Curto–circuito no barramento de 110kv
Queima dos pára-raios internos
( Explosão bucha do disjuntor)
do enrolamento terciário
Ref : Switching Surges in Transformer Provoked by Sequential Tripping of Circuit Breakers
I. Uglešić, I. Ivanković, V. Milardić IPST’07
34
CONCLUSÃO
Importância da Análise do Ambiente Elétrico
Ativos Novos
Projeto da Isolação Otimizada
AMBIENTE ÉLETRICO
Ativos em operação
CLIENTE
Isolação possível degradação
FABRICANTES
Novos Projetos Análise de Falhas