TEMA 25 – AO3
INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS NA PEQUENA
CENTRAL HIDRELÉTRICA
Autores:
Ângelo Mibielli
Paulo Marcos Paiva
Nelson Zeni Junior
Moacir Fassina Junior
TEMA 25 - A03
1
Palestrante: Ângelo Mibielli
• Evolução dos Sistemas na Central de Geração;
• Comparando Filosofias;
• Exemplo Prático;
• Composição do Sistema;
• Funções;
• Aspectos Relevantes;
• Conclusão.
TEMA 25 - A03
2
EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS
TEMA 25 - A03
3
Evolução dos Reguladores no Tempo
Reguladores Mecânicos
Ações do Operador
Ações do Operador
REGULADOR
MECÂNICO DE
TENSÃO
REGULADOR
MECÂNICO DE
VELOCIDADE
Ações Eletro-Mecânicas
Ações Mecânicas
GERADOR
TEMA 25 - A03
4
TURBINA
Evolução dos Reguladores no Tempo
Reguladores Eletro-Mecânicos
Ações do Operador e
Comandos Elétricos
Ações do Operador e
Comandos Elétricos
REGULADOR
ELETRO MECÂNICO
DE TENSÃO
REGULADOR
ELETRO MECÂNICO
DE VELOCIDADE
Ações Eletro-Mecânicas
Ações Mecânicas
GERADOR
TEMA 25 - A03
5
TURBINA
Evolução dos Reguladores no Tempo
Reguladores Analógicos
Ações do Operador e
Comandos Elétricos
Ações do Operador e
Comandos Elétricos
Ajustes
Facilitados
Ajustes
Facilitados
REGULADOR
ANALÓGICO DE
TENSÃO
Ações Elétricas
Ações Eletro-Mecânicas
GERADOR
TEMA 25 - A03
REGULADOR
ANALÓGICO DE
VELOCIDADE
6
TURBINA
Evolução dos Reguladores no Tempo
Reguladores Digitais
Ajustes
Facilitados
e Novas
Funções
Ações do Operador,
Comandos Elétricos
e Automatismos
REGULADOR
DIGITAL DE TENSÃO
Ações Elétricas
Ações do Operador,
Comandos Elétricos
e Automatismos
Ajustes
Facilitados
e Novas
Funções
REGULADOR
DIGITAL DE
VELOCIDADE
Ações Eletro-Mecânicas
GERADOR
TEMA 25 - A03
Mais Informação
e Comunicação
Remota
7
TURBINA
Evolução dos Reguladores no Tempo
Sistemas Digitais de Regulação
Ajustes
Facilitados
e Novas
Funções
Ações do Operador,
Comandos Elétricos,
Automatismos e
Comandos de Periféricos
SISTEMA DE
REGULAÇÃO
DIGITAL DE TENSÃO
Ações Elétricas
Ações do Operador,
Comandos Elétricos,
Automatismos e
Comandos de Periféricos
Ajustes
Facilitados
e Novas
Funções
SISTEMA DE
REGULAÇÃO
DIGITAL DE
VELOCIDADE
Ações Eletro-Mecânicas
GERADOR
TEMA 25 - A03
Mais Informação
e Comunicação
Remota
8
TURBINA
Evolução dos Reguladores no Tempo
Sistema Digital Integrado de Regulação
Ações do Operador,
Comandos Elétricos,
Automatismos e
Comandos de Periféricos
Ajustes
Facilitados
e Novas
Funções
SISTEMA INTEGRADO DE
REGULAÇÃO DIGITAL DE
TENSÃO E VELOCIDADE
Ações Elétricas
Ações Eletro-Mecânicas
GERADOR
TEMA 25 - A03
Supervisão e
Comunicação
Remota
9
TURBINA
Sistema Digital Integrado de Regulação e Automação
Ações do Operador,
Comandos Elétricos,
Automatismos e
Comandos de Periféricos
Ajustes
Facilitados
e Novas
Funções
Supervisão e
Comunicação
Remota
SISTEMA INTEGRADO DE
REGULAÇÃO DIGITAL DE
TENSÃO E VELOCIDADE
AUTOMATISMOS
Ações Elétricas
GERADOR
TEMA 25 - A03
10
Ações Eletro-Mecânicas
TURBINA
Opção Tecnológica
Utilização da Mesma Plataforma de Processamento
AUTOMAÇÃO DA
UNIDADE GERADORA
SISTEMA DE
REGULAÇÃO
DIGITAL DE TENSÃO
SISTEMA INTEGRADO
DE REGULAÇÃO E
AUTOMAÇÃO
GERADOR
TEMA 25 - A03
11
TURBINA
SISTEMA DE
REGULAÇÃO
DIGITAL DE
VELOCIDADE
Otimização do Sistema
AUTOMAÇÃO DA UNIDADE
GERADORA
OTIMIZAÇÃO
SISTEMA DE REGULAÇÃO
DIGITAL DE TENSÃO
OTIMIZAÇÃO
SISTEMA DE REGULAÇÃO
DIGITAL DE VELOCIDADE
INTEGRAÇÃO
SISTEMA INTEGRADO DE
REGULAÇÃO E AUTOMAÇÃO
TEMA 25 - A03
12
HARDWARE e
SOFTWARE
COMPARANDO O SISTEMA CLÁSSICO AO
SISTEMA INTEGRADO DE UMA UNIDADE
GERADORA TERÍAMOS
TEMA 25 - A03
13
Configuração TRADICIONAL
UNIDADE GERADORA
MESA DE
OPERAÇÃO
PROTEÇÕES
DO AUTOM.
AUTOMATISMO PARTIDA E
PARADA
PROTEÇÕES
REGULADORES
INFORMAÇÕES DOS
REGULADORES
REGULADOR
DE TENSÃO
TEMA 25 - A03
14
TURBINA
PROTEÇÕES
DA TURBINA
PROTEÇÕES
DO GERADOR
GERADOR
REGULADOR DE
VELOCIDADE
INFORMAÇÕES
DA UNID.
GERADORA
Configuração iNTEGRADA
UNIDADE GERADORA
INTERFACE DE
OPERAÇÃO
PROTEÇÕES
INTEGRADA
SISTEMA INTEGRADO DE
REGULAÇÃO E
AUTOMAÇÃO
INFORMAÇÕES
DA UNID.
GERADORA
GERADOR
TEMA 25 - A03
15
TURBINA
NA PRÁTICA
TEMA 25 - A03
16
SUPERVISÓRIO
Cubículo do
Regulador de
Velocidade
Cubículo do
Regulador de
Tensão
Cubículo de
Automação
Cubículo de
Proteção
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
Interface
NOI NON
Interface
Rede de
Comunicação
Interface
Comando e
Controle da
Turbina
TEMA 25 - A03
Interface
Periféricos da
Turbina e
Gerador
17
Interface
Comando e
Controle do
Gerador
Interface
Supervisão da
Unidade
Geradora
SUPERVISÓRIO
Unidade de Regulação,
Automação
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
NOI NON
Interface
Comando e
Controle da
Turbina
TEMA 25 - A03
Periféricos da
Turbina e
Gerador
18
Comando e
Controle do
Gerador
Supervisão da
Unidade
Geradora
Níveis
Descrição dos Níveis
Sistema Clássico
Sistema
Integrado
Nível 4
Comunicação e Comando Remoto.
Comunica-se com o nível
3 e nível 2.
Comunica-se com
nível 3 e nível 1.
Comunica-se com o nível
1 e demais sistemas da
usina.
Pode ser integrado
ao nível 1,
conforme
características da
PCH.
Nível 3
Supervisório da Unidade Geradora e demais
sistemas da Pequena Central Geradora.
Nível 2
Fica a Unidade de Automação e Controle,
automação da unidade comandando e
supervisionando o nível 1 e nível 0.
Conforme descrição.
Nível 1
Onde estão localizados o Regulador de Tensão,
Regulador de Velocidade e a Proteção da
Unidade Geradora.
Conforme descrição.
Nível 0
Onde estão localizados os sensores e atuadores
da Unidade Geradora.
TEMA 25 - A03
19
Conforme descrição.
Automação e
Regulação
Integrados o nível
2 desaparece, a
comunicação é
direta, otimização
de entradas e
saídas.
Sensores são
otimizados ao
nível 1.
COMPOSIÇÃO DO SISTEMA INTEGRADO
TEMA 25 - A03
20
Unidade de Regulação, Automação e Proteção
IHM
Controle do RTVAX
CONTROLE DE
TENSÃO
Excitação
PRÉ
CC
Sistema
Hidráulico
RTVAX
SAÍDAS
ENTRADAS
Sistema de Proteção
RELES
TEMA 25 - A03
SAÍDAS
COMUNICAÇÃO
TRANSDUÇÃO
Supervisão e
Comandos Remotos
Adução de Água
Refrigeração e Aeração
Sistema de Drenagem
Conexão ao Sistema
Transformador de Potência
Gerador e Turbina
Injeção de Óleo
Sistema de Proteção
Controle de
Disparo
Gerador
~
Sistema Óleo-Hidráulico
ENTRADAS
Partida
Parada
Excitação
DEsexcitação
Aumenta Referencia RV
Diminuí Referencia RV
Aumenta Referencia RT
Diminuí Referencia RT
Supervisão de Falhas
Supervisão de Bloqueio
Supervisão de Periféricos
TRANSDUÇÃO
Medição de Freqüência
TP´s - Tensão Terminal
TC´s - Corrente Terminal
Tensão de Campo
Corrente de Campo
Temperaturas
Temperaturas de Mancais
Níveis
21
Servo
Turbina
CONTROLE DE
VELOCIDADE
Sistema de Drenagem
Conexão ao Sistema
Adução de Água
Travas e Freios
Sistema Hidráulico
Injeção de Óleo
Sistema de Proteção
Unidade de Regulação,
Automação e Proteção
IHM
Chave de Campo e Demais
Elementos de Potência
Conversor de Potência
Comunicação
Remota
Unidade Hidráulica
NF
NA
Lógica de Reles
Chave de
Campo
Controle do RTVAX
e Proteção
Crowbar
M
Filtro
s
Pré
Excitação
CB
Lógica de Reles
M
Shunt
Resistor de
Descarga
Válvula
Proporcional
Fusíveis
Campo
Turbina
Sistema de
Adução
Servomotor
TEMA 25 - A03
22
Gerador
Transformador
de Excitação
FUNÇÕES DO SISTEMA INTEGRADO
TEMA 25 - A03
23
FUNÇÕES DO SISTEMA - Regulação de Tensão
Controle:
Supervisão:
• da tensão terminal do gerador;
• do processo de excitação e desexcitação;
• da potência reativa gerada;
• do processo de controle;
• do fator de potência da geração;
• da pré-excitação;
• da corrente e tensão do campo do gerador;
• dos sinais do Gerador;
• dos limites operativos do gerador;
• dos sinais da Excitação;
• da estabilização de sistema de potência;
• do transformador de excitação;
• das referências do sistema de excitação;
• das temperaturas dos cubículos, do conversor de potência;
• das alimentações;
• das proteções inerentes ao sistema;
• da ventilação e exaustação do sistema;
• da comutação das redundâncias;
• Customizações do Sistema de Regulação de
Tensão;
• Gerenciamento de Alarmes;
• SOE - Seqüência de Eventos;
• Emissão de Relatórios;
TEMA 25 - A03
24
FUNÇÕES DO SISTEMA - Regulação de Velocidade
Controle:
Supervisão:
• da rotação da turbina / freqüência do gerador;
• do processo de Partida e Parada;
• da potência ativa gerada;
• do processo de controle da turbina;
• da posição do servo do distribuidor, servo das pás
do rotor ou servo das agulhas dos ejetores e dos
defletores;
• do sistema óleo-hidráulico;
• dos limitadores de abertura e potência;
• das referencias do sistema de regulação;
• do processo de aceleração e parada da máquina;
• do freio e da trava;
• dos sinais da turbina;
• do freio e trava;
• das temperaturas do cubículo de controle
• das temperaturas do sistema óleo-hidráulico;
• das alimentações do controle e do sistema óleo-hidráulico;
• das proteções inerentes ao sistema;
• da ventilação e exaustação do sistema;
• da comutação das redundâncias.
• Customizações do Sistema de Regulação de
Velocidade
• Gerenciamento de Alarmes;
• SOE - Seqüência de Eventos;
• Emissão de Relatórios;
TEMA 25 - A03
25
FUNÇÕES DO SISTEMA - Automação da Unidade Geradora
Comando:
Supervisão:
• da seqüência de partida;
• do sistema de adução de água;
• das seqüências de parada;
• da Proteção da Unidade Geradora (Multiproteção);
• da operação passo-a-passo ou automática;
• dos Reles de Parada (Função 86);
• do circuito de conexão do gerador à carga ou sistema;
• dos mancais;
• do Transformador de Potência;
• da Sincronização da Unidade Geradora;
• Customizações da Automação..
• Gerenciamento de Alarmes;
• SOE - Seqüência de Eventos;
• Emissão de Relatórios;
TEMA 25 - A03
26
SISTEMA INTEGRADO DE REGULAÇAO E
AUTOMAÇÃO - ARQUITETURA
TEMA 25 - A03
27
CASA DE FORÇA
SDSC - SUPERVISÓRIO
Estação de
Operação e
Comando e
Demais
Componentes
Ethernet TCP/IP
REMOTO
Concentrador
Gateway
CONV
RTVX Regulador Integrado
CONV
RTVX Regulador
Integrado
RTVX Regulador
Integrado
TRANSFORMADOR
DE EXCITAÇÃO
Emergência
Rearme
SISTEMA
ÓLEO-HIDRÁULICO
Rearme
UNIDADES DE REGULAÇÃO,
AUTOMAÇÃO E PROTEÇÃO
RTVAX UG01
RTVAX UG02
RTVAX UG03
TEMA 25 - A03
28
Emergência
SISTEMAS
LOCAL
CONTROLE DOS
SISTEMAS COMUNS
Rearme
Emergência
SISTEMAS
REMOTOS
CONTROLE DOS
SISTEMAS COMUNS
OTIMIZAÇÃO DOS SISTEMAS COMUNS E
OUTRAS INTEGRAÇÕES NA PCH
TEMA 25 - A03
29
UTILIZANDO COMO EXEMPLO UMA
PCH COM 2 UNIDADES GERADORAS
APLICANDO A INTEGRAÇÃO
TEMA 25 - A03
30
EXEMPLO COM
REGULADOR
INTEGRADO
SUPERVISÃO E INTERFACE DE OPERAÇÃO
INTERFACE DE
OPERAÇÃO
SISTEMAS
COMUNS
(AUXILIARES)
INTERFACE DE
OPERAÇÃO
SISTEMA INTEGRADO DE
REGULAÇÃO E AUTOMAÇÃO
CONVERSOR
DE POTÊNCIA
UNIDADE
HIDRÁULICA
DA TURBINA
UNIDADE
HIDRÁULICA
DA TURBINA
CONVERSOR
DE POTÊNCIA
GERADOR
TURBINA
TURBINA
GERADOR
TEMA 25 - A03
31
PROTEÇÕES
INTEGRADA
PROTEÇÕES
INTEGRADA
SISTEMA INTEGRADO DE
REGULAÇÃO E AUTOMAÇÃO
EXEMPLO COM
REGULADOR
INTEGRADO
SUPERVISÃO E INTERFACE DE OPERAÇÃO
CONVERSOR
DE POTÊNCIA
GERADOR
TEMA 25 - A03
SISTEMA INTEGRADO DE
REGULAÇÃO E AUTOMAÇÃO
UNIDADE HIDRÁULICA DA TURBINA
TURBINA
32
TURBINA
CONVERSOR
DE POTÊNCIA
GERADOR
PROTEÇÕES
INTEGRADA
PROTEÇÕES
INTEGRADA
SISTEMA INTEGRADO DE
REGULAÇÃO E AUTOMAÇÃO
SISTEMAS
COMUNS
(AUXILIARES)
ASPECTOS RELEVANTES
TEMA 25 - A03
33
Confiabilidade
• Baseada na Evolução Digital com maior capacidade de processamento e
armazenamento;
• Inversamente proporcional ao número de componentes;
• Múltiplos processadores não representa aumento da confiabilidade, se estes não
realizam a mesma função;
• Aumento pela redundância efetiva;
• Princípio baseado nós reles de proteção multifunção (Década de 80);
Simplificação
• Diminuição das interfaces físicas e tarefas decorrentes;
• Facilidades da instalação, comisionamento e manutenção;
Responsabilidades
• Responsabilidade concentrada em um mesmo fornecedor;
TEMA 25 - A03
34
CONCLUSÕES
TEMA 25 - A03
35
CONCLUSÕES
VANTAGENS DO SISTEMA INTEGRADO:
• Maior confiabilidade;
• Redução de sinais externos de entrada e saída;
• Redução de pontos de comunicação;
• Redução de interfaces;
• Redução de equipamentos;
• Simplificação da manutenção e do comissionamento;
• Fornecimento concentrado; (Evita a divisão de responsabilidades);
• Redução de consumo de energia e espaço físico;
• Simplificação da engenharia na interface e na integração;
• Simplificação e facilidade na simulação do sistema;
• Facilidade no Ensaio de plataforma Integrado;
• Redução de custos.
TEMA 25 - A03
36
CONCLUSÕES
SISTEMA CLÁSSICO
SISTEMA INTEGRADO
EQUIPAMENTOS DESEMPENHANDO FUNÇÕES
ESPECÍFICAS
MESMO EQUIPAMENTO DESENVOLVENDO
DIVERSAS FUNÇÕES
PROCESSAMENTO DISTRIBUÍDO EM
DIVERSAS CPUS
SINAIS E FUNÇÕES REPETIDOS EM CADA
SISTEMA
APLICADO A TODOS OS PORTES DE
EQUIPAMENTOS
ATENDE A NORMAS E AO ONS
TEMA 25 - A03
37
PROCESSAMENTO CONCENTRADO NA MESMA
CPU.
(NÃO EXISTE IMPEDIMENTO DE PROCESSAMENTO DISTRIBUÍDO
NO SISTEMA, DEPENDENDO DA FUNÇÃO)
OTIMIZAÇÃO DOS SINAIS E FUNÇÕES
ADEQUADO AO PEQUENO PORTE (RTVAX)
(PODE SER APLICADO AO GRANDE PORTE)
ATENDE A NORMAS E AO ONS COM VANTAGENS
APRESENTADAS ANTERIORMENTE
CONCLUSÕES
• A integração traz vantagens para projetos de grande e de
pequeno porte;
• A integração dos sistemas de regulação é uma realidade, desde
1999 (ABRAGE 2000 e SNPTEE XVII);
• Um único bloco para controle, regulação e automação constituí
uma alternativa viável para a engenharia de sistemas de geração;
• A integração da regulação e da automação vai influenciar na
forma de se projetar, desenvolver e criar os projetos de geração.
(Exemplo dos Relés de Proteção Multifunção);
TEMA 25 - A03
38
REIVAX AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Rodovia SC 401 nº 600 – Tecnopolis
CEP 88030-904 – Florianópolis – SC – Brazil
Phone: 55 48 3027-3700
Fax: 55 48 3027-3700
www.reivax.com.br - [email protected]
Ver 002
TEMA 25 - A03
39