Cigré/Brasil
CE B5 – Proteção e Automação
Seminário Interno de Preparação para o
Colóquio de Madri 2007
Rio de Janeiro, outubro/07
Dados do Artigo
• Número: 320
• Título: Transient Simulation Requirements for
Testing of Transmission Line Protection Systems
• Autoria: Alexander Apostolov (OMICRON electronics),
Peter Meinhardt (OMICRON electronics)
Damien Tholomier (AREVA T&D Automation)
• País: USA, Austria e Canadá
Objetivo
• O trabalho trata da análise de falhas com componentes sobrepostos,
falhas direcionais e oscilação de potência, bem como seleção da fase
de falha e o impacto que os métodos de testes convencionais têm no
comportamento IED de proteção de linha de transmissão.
• O desempenho de relés de proteção de linha da transmissão é afetado
também por umas condições de falha mais complexas como falhas
evolutivas, bem como saturação do TC e transitórios de CCVT. Esses
dados são considerados também do ponto da vista do teste.
• Com os métodos teste “convencionais” não suprem adequadamente as
exigências do teste para as funções acima mencionadas, o trabalho
apresenta algumas abordagem de simulação de transientes baseados
em:
 Waveform records from relays and specialized recording device
 Electromagnetic transient simulation programs output
 Direct transient simulation
Objetivo
• As vantagens e desvantagens dos métodos listados são discutidas no
trabalho.
• Circuitos de transmissão com linhas paralelas apresentam diferentes
desafios aos dispositivos de proteção e requerem testes apropriados.
O acoplamento mútuo, diferentes modalidades de operação, as falhas
cross-country, seqüenciamento de trip com a reversão de corrente e
sua simulação como parte do processo de teste são descritos.
Funções Baseadas em Componentes Superpostos e os
Requisitos para seu Teste
• Quando uma falta ocorre no SEP, tem-se a transição
dinâmica entre a condição normal e a condição de falta.
• As correntes e tensões medidas pelo relé mudarão em
função da configuração de sistema na pré-falha e dos
parâmetros da falha – tipo de falta, a localização da falha,
a resistência da falha, etc.
Faulted = Unfaulted + Superimposed
Pré-falta
Falta
Corrente:i rly
=
i mem
+
ir
= Superimposed
Faulted = Unfaulted + Superimposed
Funções Baseadas em Componentes Superpostos e os
Requisitos para seu Teste
• O cálculo das componentes sobrepostas da fase das correntes e das
tensões é baseado nas últimas amostras medidas e nas amostras
armazenadas na memória do relé.
• Há abordagens diferentes à derivação dos componentes sobrepostos.
• O trabalho discute vários métodos de amostragem e cálculo das
componentes.
• Uma vez os componentes sobrepostos das correntes e das tensões
foram calculados, o relé podem funcionar na paralela que as funções
diferentes basearam nestas quantidades:
–
–
–
–
Detecção de Falta
Seleção de fase
Detecção direcionalidade
Detecção Power swing
Directional Detection
• Métodos de detecção da direcionalidade convencionais são baseados
na mudança de fase entre os fasores medido e um fasor de referência.
• Esta abordagem tem sido bem sucedida ao longo dos anos, entretanto,
devido ao uso extensivo de filtragem para medidas, torna-se não
aplicável quando altas velocidades são requeridas, como no caso de
proteção de barra com aplicações distribuídas.
• A detecção da direcionalidade baseou-se em aplicações com
componentes sobrepostos e usou a comparação da polaridade de
corrente e de tensão após a falha para determinar o direcionalidade.
Directional Detection
• A vantagem dos componentes sobrepostos baseou a detecção
direcional que é muito rápida (entre o ¼ ao ½ de um ciclo) e não
requer ajustes.
Osclação de Potência - Power Swing
• A utilização de componentes sobrepostos oferece vantagens como:
 Will detect all power swings whether fast or slow, and ensure correct blocking of
zones.
 Detects, and remains stable for 3 and 2 phase swings - the latter is especially
important for the healthy phases swing during single pole autoreclose.
 Using this method the relay is able to operate for faults occurring during a power
swing
Testing Requirements
• Os métodos convencionais de teste das funções principais de relés de
proteção na linha de transmissão - distância e o direcional - foram
usados por muitos anos baseados nas exigências para testar de
eletromecânicos ou estáticos. São influenciados também pela
tecnologia disponível naquele tempo.
• Em conseqüência os métodos com corrente ou tensão constantes da
tensão são geralmente aplicados. Um dos parâmetros é fixo e o
segundo parâmetro é alterado até que uma operação dos elementos
testados esteja detectada.
• Os relés são projetados para trabalhar em condições reais, isto é,
quando há uma mudança simultânea na amplitude e no ângulo de
correntes e tensões.
Testing Requirements
• As exigências para teste de funções avançadas apontam claramente
para teste dinâmico.
• “Nós necessitamos ter cuidados no que diz respeito à
compreensão deste termo.”
• Em alguns casos uma mudança do estado de pré-falha à condição de
falha pode ser suficiente. Entretanto, se isto for representado por uma
mudança de estado durante a injeção da falha no relé da distância sob
o teste, pode resultar em uma atuação mais lenta do que previsto pois
a forma de onda utilizada não corresponde à real.
• A melhor modo de teste do elemento de distância é o uso da
simulação de transitório eletromagnético.
Teste baseado na simulação de transitórios
Teste baseado na simulação de transitórios
• A simulação deve incluir:
 Load flow da pré-falta definido pela amplitude e diferenças do
ângulo de fase das fontes usadas no modelo de sistema
 Definição da falta baseada na localização, ângulo, tipo e resistência
de falta.
 Chaveamento de DJ na extremidade da linha protegida ou em
linhas adjacentes.
 Faltas evolutivas.
• O teste de relés de distancia aplicados em circuitos com
linhas paralelas requer a adição de componentes de
modelo:
 Parallel line, mutually coupled with the protected transmission line
 Cross-country faults definition
 Switching of the breakers on the healthy line
Teste baseado na simulação de transitórios
Conclusões
• Modernos relés de proteção que operam com funções baseadas em
componentes superpostos não podem ser testados adequadamente
usando métodos com correntes e tensões constantes. Testes com
simulações dinamicas e preferencialmente transitórias devem ser
usados.
• A fim de conseguir uma simulação tão perto quanto possível das
condições reais de operação ou falha, as ferramentas de teste devem
permitir a simulação de:
– Load flow para pré-falta
– Configuração da falta incluindo localização, ângulo, tipo e
resistência
– Chaveamento de disjuntores nas extremidades das linhas
protegidas ou linhas adjacentes
– Faltas evolutivas
• Teste dos relés de distância aplicados à circuito com linhas paralelas
requer a adição de uma linha paralela, acoplada mutuamente com a
linha protegida.
Dúvidas
Respostas às questões do REP
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