proteção para perda de sincronismo

5/24/2018 Prote o Para Perda de Sincronismo

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[email protected](21) 2528-3782(21) 2626-3978

Instituto de Engenharia Eltrica - IEE

MMMDDDUUULLLOOO777

PPPRRROOOTTTEEEOOODDDEEESSSIIISSSTTTEEEMMMAAASSSEEELLLTTTRRRIIICCCOOOSSS

PPPrrrooofffeeessssssooorrr:::CCCaaarrrlllooosssAAAlllbbbeeerrrtttoooMMMooohhhaaalllllleeemmmGGGuuuiiimmmaaarrreeesss

AAAllluuunnnooo:::AAArrrttthhhuuurrrdddaaaSSSiiilllvvvaaaSSSaaannntttaaaRRRooosssaaa

IIItttaaajjjuuubbb,,,222222dddeeennnooovvveeemmmbbbrrrooodddeee222000000222

PPPRRROOOTTTEEEOOOPPPAAARRRAAAPPPEEERRRDDDAAADDDEEESSSIIINNNCCCRRROOONNNIIISSSMMMOOO

EEESSSUUUAAAAAAPPPLLLIIICCCAAAOOONNNAAAIIINNNTTTEEERRRLLLIIIGGGAAAOOO

NNNOOORRRTTTEEE///SSSUUUDDDEEESSSTTTEEECCCEEENNNTTTRRROOOOOOEEESSSTTTEEE


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UNIFEI CESE MODULAR 2002 Proteo de Sistemas Eltricos Arthur da Silva Santa Rosa 2

Sumrio

1 INTRODUO................................................................................................. 3

2 PARTE 1 : DEFINIES ................................................................................. 4

2.1 DISTINO ENTRE PERDA DE SINCRONISMO E OSCILAO........................................... 4

2.2 INFLUNCIA DESTES FENMENOS NOS RELS DE DISTNCIA (21)................................ 6

2.3 FUNO DE BLOQUEIO POR OSCILAO 68 OSB ............................................................11

2.4 FUNO DE DISPARO POR PERDA DE SINCRONISMO 78 OU 68 OST............................19

3 PARTE 2 : APLICAO DA PPS NA INTERLIGAO N/SE-CO ................. 24

3.1 HISTRICO ..................................................................................................................................24

3.2 AJUSTES IMPLEMENTADOS.....................................................................................................28

4 PARTE 3 : OCORRNCIAS COM ATUAO DA PPS .................................. 32

4.1 Simulaes Realizadas no ANATEM, com atuao da PPS ..........................................................32

4.2 Casos Reais de Ocorrncias no Sistema Interligado, Com a Atuao da PPS. .............................37

5 ANEXOS ....................................................................................................... 42

5.1 Anexo 1 : Dados do rel da PPS da Interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste, para utilizao nas

simulaes com o ANATEM.......................................................................................................................42

6 REFERNCIAS ............................................................................................. 42


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1 INTRODUO

Este trabalho faz parte da avaliao do contedo de Proteo de SistemasEltricos, que foi apresentado pelo professor Carlos Alberto Mohallem, no

mdulo 7 do CESE MODULAR 2002, em setembro de 2002, na UNIFEI.

Foi escolhido o tema : Proteo para Perda de Sincronismo e suaAplicao na Interligao Norte/Sudeste Centro Oeste, devido aointeresse em demonstrar o princpio de funcionamento desta proteo,tambm chamada de PPS, que assume papel de grande relevncia nafuno de proteo sistmica, sendo empregada essencialmente nasinterligaes entre subsistemas.

O objetivo principal do trabalho explicar de maneira simples e claracomo funciona esta proteo e em seguida mostrar como vem sendoaplicada esta funo na Interligao em 500 kV Norte/Sudeste CentroOeste do Sistema Interligado Brasileiro. Adicionalmente, seroapresentados registros de exemplos reais de ocorrncias em que houveatuao da PPS.

O trabalho foi subdividido em trs partes :

PARTE 1 : DEFINIES

Abordagem sobre variaes dinmicas de carregamento, com oobjetivo de classificar os fenmenos de perda de sincronismo eoscilao;

Funo de Bloqueio por Oscilao 68 OSB (out-of-step blocking),que bloqueia a atuao da funo 21, quando ocorrem os fenmenosde perda de sincronismo e oscilao;

Funo de Disparo por Perda de Sincronismo 78 ou 68 OST(out-of-step tripping), que atua quando ocorrem fenmenos de perda desincronismo;

PARTE 2 : APLICAO DA PPS

Aplicao da PPS na Interligao em 500 kV Norte/Sudeste CentroOeste :- Motivao e objetivo;

- Estudos eltricos efetuados e critrios adotados ;- Ajustes iniciais implementados;


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- Novos ajustes e ganhos obtidos.

PARTE 3 : OCORRNCIAS COM ATUAO DA PPS

Simulaes no ANATEM, de contingncias no Sistema Interligado, comatuao da PPS.

Casos reais de ocorrncias no Sistema Interligado, com a atuao daPPS.

2 PARTE 1 : DEFINIES

2.1 DISTINO ENTRE PERDA DE SINCRONISMO E OSCILAO

As variaes dinmicas do carregamento so fenmenos trifsicosequilibrados que impem uma modulao sobre as formas de onda detenso e corrente, ou seja, sobre os valores eficazes dessas grandezas.

As variaes dinmicas do carregamento so fenmenos transitrioseletromecnicos que espelham o comportamento do sistema eltrico.

As aes dos reguladores das mquinas sncronas e dos controladores dosistema so cruciais para conter tais fenmenos.

Aspecto da forma de onda de tenso durante uma forte oscilao :

RMS


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6/42


2.2 INFLUNCIA DESTES FENMENOS NOS RELS DE DISTNCIA (21)

A funo de distncia pode ser significativamente afetada pelas variaesdinmicas do carregamento, bastando que o lugar geomtrico percorridopor Zmedidoatravesse a caracterstica de operao.

evidente que as unidades de medida so afetadas qualquer que seja oseu formato :

R

X

R

X

OSCILAO:FENMENO ESTVEL

Z=V/I NO CRUZAO EIXO VERTICAL

PERDA DE SINCRONISMO:

FENMENO INSTVELZ=V/I CRUZAO EIXO VERTICAL

R

X

Z1

Z2

Z3

R

X

Z1

Z2

Z3


7/42


J os disparos dependem das temporizaes ajustadas :

2 Zona :

3 Zona :

Nas zonas temporizadas, como a segunda e a terceira, uma variaodinmica do carregamento s causar disparo se o tempo de permannciade Zmedido no interior da caracterstica de operao superar astemporizaes T2 ou T3, respectivamente.

Os esquemas de teleproteo baseados na funo de distncia tambmpodem ser afetados pelas variaes dinmicas do carregamento,bastando que suas lgicas sejam atendidas. Portanto, unidades desobrealcance que no cheguem a dar disparo em funo de suas

temporizaes podem conduzir as lgicas de teleproteo associadas aoperar incorretamente :

R

X

Z1

Z2

Z3

R

X

Z1

Z2

Z3

R

X

Z1

Z2

Z3

R

X

Z1

Z2

Z3


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Do ponto de vista do sistema eltrico, se no forem tomadas providnciascorretivas, os rels de distncia podero operar para oscilaes ou perdasde sincronismo. indispensvel haver BLOQUEIO AUTOMTICOpara afuno 21.

Opes bsicas de bloqueio:

21-1

21-2TELE-PROTEO 1

T2

DISPARO

21-1

21-2

TELE-PROTEO

1T2DISPARO21-3 T3 &

BLOQUEIO

BLOQUEIOTOTAL

121-1

21-2

TELE-

PROTEO

1T2 DISPARO

21-3 T3

&BLOQUEIO

BLOQUEIOAPENAS DOS

INSTANTNEOS


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Se no houver bloqueio, poder ocorrer disparo pela funo 21 ou pelateleproteo associada, causando o desligamento da linha, o queracarreta :

Perda de mais um ramo da rede, aumentando a abrangncia daperturbao;

Risco de abertura do disjuntor em oposio de fase.

Os diagramas a seguir iro mostrar a sequncia de evoluo dasmedies de impedncia, durante uma variao dinmica da carga, atque o disparo seja comandado e a abertura do disjuntor ocorra emoposio de fase (pior condio para o disjuntor):

- considerar fontes com tenses de mdulos iguais :

ZS1 ZG1O X

P1

1ZMEDIDO1

C

O

A

-ZS

Z1

X

B

ZGX

R

R


10/42


P2

2 ZMEDIDO2C

O

A

-ZS

Z1

X

BZG

X

R

R

2> 1

P3

3ZMEDIDO3C

O

A

-ZS

Z1

X

BZG

X

R

R

3> 2INCIO DAATUAO

P4

4

ZMEDIDO4C

O

A

-ZS

Z1

X

BZG

X

R

R

4> 3COMANDO

DE DISPARO


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2.3 FUNO DE BLOQUEIO POR OSCILAO 68 OSB

Embora usualmente denominada 68 OSB (out-of-step blocking), estafuno, corretamente objetiva bloquear a atuao da funo 21 para asvariaes dinmicas do carregamento, ou seja, oscilaes e perdas desincronismo.

Em essncia, a funo 68 OSB deve discriminar as condies de falta,

das condies de variaes dinmicas do carregamento :

a impedncia medida vai do ponto de operao para a posio de faltamuito rapidamente;

a impedncia medida varia lentamente num fenmeno dinmico(transitrio eletromecnico).

Para estabelecer a distino necessria podem ser utilizadas

caractersticas de operao simtricas aos eixos, de modo a englobartodas as zonas de distncia frente e reversas.

P5ZMEDIDO5

C

O

A

-ZS

Z1

X

BZG

X

R

R

ZS1 ZG1

FONTES COMTENSES DE

MDULOS IGUAIS

O X

5180oABERTURA EM

OPOSIO DE FASE


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R

X

CARACTERSTICA EXTERNA

CARACTERSTICA INTERNA

CARGA

NA CONDIO DE CARGA NOOPERAM AMBOS OS RELS (EXT. E INT.)

R

X


CARACTERSTICA INTERNA

FALTA

NA CONDIO DE FALTA AMBOSOS RELS (EXT. E INT.) OPERAM

PRATICAMENTE EM SIMULTANEIDADE

R

X


CARACTERSTICA INTERNACARGA

PS-FALTA

Z

1

2

SE A DURAO DAVARIAO DE ZENTRE OS PONTOS1E2FOR SUPERIOR A UM TEMPO DEDISCRIMINAO (TD), FICA CARACTERIZADAUMA VARIAO DINMICA DO CARREGAMENTO.


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Na prtica, as caractersticas de operao no precisam sernecessriamente simtricas. Basta que envolvam adequadamente todasas caractersticas de operao das unidades de medida e partida frentee reversas que tenham de ser bloqueadas.

A discriminao deve ser feita por um esquema de taxa de variao deimpedncia, ou seja, um esquema de taxa de variao do quociente V/I,conforme lgicas a seguir :Z/t > Ajuste => FALTA

Z/t < Ajuste => VARIAO DINMICA DO CARREGAMENTO => BLOQUEIO

Para ilustrar os dois casos acima, temos :

1 Caso : Ocorrncia de Falta

&68 TD

0

& &21

DISPARO

0

0

00 00

00 0

0

R

X 68

21

CARGA

CONDIOPR-DISTRBIO

R

X 68

21

&68 TD

0

& &21

DISPARO

0

1

00 00

01 0

0

FALTA DE SE ESPERARQUE, NA PRTICA, O 68

OPERE ANTES DO 21


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2 Caso : Variao Dinmica do Carregamento

&68 TD

0

& &21

DISPARO0

0

00 00

00 0

0

R

X 68

21

CARGA

CONDIOPR-DISTRBIO

Z

&

68 TD

0

& &21

DISPARO

0

1

00 00

0

1 0

0

R

X68

21

VARIAODINMICA DOCARREGAMENTO

Z68

OPERA

R

X 68

21

&68 TD

0

& &21

DISPARO

1

1

11 11

10 0

0

FALTASE O 21 OPERAR ANTESDE TRANSCORRER O

TEMPO T D, H DISPARO


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O comportamento do sistema eltrico durante oscilaes ou perdas desincronismo corresponde a condies trifsicas equilibradas. Portanto,neste fenmenos s existe a rede de seqncia positiva e todas as fasesso afetadas igualmente.

Por esta razo a funo 68 OSB ou mesmo o rel 68, podem serimplementados por tenso e corrente de seqncia positiva. Isto significa

que o rel 21 e o 68 mediro impedncias iguais nos fenmenosdinmicos (equilibrados) e distintas durante a falta (desequilibrada). Isto

&68 TD

0

& &21

DISPARO

0

1

00 00

01 1

1

R

X 68

21

VARIAODINMICA DO

CARREGAMENTO

Z

21 AINDANO OPEROU

&68 TD

0

& &21

DISPARO

1

1

11 00

01 1

1

R

X68

21

VARIAODINMICA DO

CARREGAMENTO

Z21

OPERA

NO HDISPARO


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no crtico, pois caso ocorra uma falta o rel 21 ir detectar e operarnormalmente, conforme grfico abaixo.

2.3.1 AJUSTE DO REL 68 OSB

A filosofia de ajuste da funo de bloqueio por oscilao (68 OSB)consiste em criar no diagrama polar uma rea larga o suficiente paradetectar a mais rpida variao de Zmedido obtida dos estudos deestabilidade, tipicamente expressa em /s.

Assim supondo que o tempo de discriminao TDseja fixo, a impednciaentre a caracterstica externa e interna deve ser maior que o produto entre

TDe a mxima taxa de variao de Zmedido.

Ajustes com caractersticas quadrilaterais :

R

X

68

21

FALTA21

FALTA68

Zajuste> TD. (Z/t)mx. simulado

R

X

ZAJUSTE

INTERNA

EXTERNA


17/42


Ajustes com caractersticas circulares :

Naturalmente, a caracterstica de operao externa deve estarsuficientemente afastada do lugar geomtrico das impedncias medidasem condies de mxima carga esttica.

Nas protees onde TD seja tambm ajustvel, recomendvel que seuvalor seja da ordem de 30 ms.

Ao determinar os ajustes, deve-se atentar para a questo da exatidogarantida dos esquemas de taxa de variao de uma grandeza eltrica.Neste caso, trata-se da exatido das unidades de medida (alcances) e damedio de TD.Portanto, supondo medio acurada de TD, devemos levarem considerao as seguintes faixas, no diagrama polar, em funo dosproblemas de exatido:

R

X

ZAJUSTE

INTERNA

EXTERNA

ZL

Z3

R

X

ZREV


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19/42


2.4 FUNO DE DISPARO POR PERDA DE SINCRONISMO 78 OU 68 OST

A funo de disparo por perda de sincronismo (78) consiste em meios dese detectar variaes dinmicas do carregamento, identificar que o

fenmeno instvel e comandar a abertura dos disjuntores emcondies angulares seguras.

Esta funo empregada intintivamente nas interligaes entresubsistemas, de modo a separ-los em ilhas estveis quando de grandesperturbaes em um deles.

Esta funo, no Brasil, costuma ser chamada de PPS (Proteo paraPerda de Sincronismo).

Existem duas denominaes para a proteo para perda de sincronismo,onde ambas tm funo de disparo :

68 OST (out-of-step tripping) : quando a proteo no tem controlepor meios diretos do momento do disparo dos disjuntores. Comoexemplo de aplicao no Brasil temos esta proteo aplicada em :- Interligao Sul/Sudeste (tronco de 750 kV);- Interligao Norte/Sudeste Centro Oeste (500 kV);- Interligao Norte/Nordeste (500 kV);

78 : quando a proteo tem controle do momento do disparo dosdisjuntores.

A deteco da variao dinmica do carregamento, sem distinguir se uma oscilao ou perda de sincronismo, pode ser feita da mesmamaneira indicada no item 2.3 (funo de bloqueio), ou seja, atravs damedio da taxa de variao da impedncia medida (Z/t), dentro deuma faixa pr-definida.

R

X



PS-FALTA

Z4

2

OSCILAO

PERDA DESINCRONISMO

3

1


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Se a durao da variao de Z entre os pontos 1 e 2 for superior aotempo de discriminao (TD), fica caracterizada uma variao dinmica docarregamento.

A discriminao entre perdas de sincronismo e oscilaes pode ser feitapela deteco do cruzamento do eixo vertical, de duas maneiras :

1) Pela desoperao da caracterstica externa ou interna oposta, conformegrfico anterior, ao atravessar pelos pontos 3e 4;

2) Pela operao de uma caracterstica adicional prxima ao eixo vertical(menos comum), conforme grfico abaixo, ao atravessar pelo ponto 5:

Nesta segunda maneira, fica possvel que tambm seja dado comando dedisparo em caso de oscilaes muito intensas, para as quais a impednciamedida se aproxime suficientemente do eixo vertical.

A emisso do comando de disparo pode ser feita pela desoperao deuma de quatro unidades de medida de resistncia e de reatncia(caracterstica quadrilateral). No diagrama abaixo pode-se visualizar o

ponto 5 em que comandado corretamente o disparo por perda desincronicmo, com um ngulo seguro para o disjuntor. No caso daoscilao, no ocorrer atuao da proteo.

R

X



PS-FALTA

Z2

OSCILAO

PERDA DESINCRONISMO

5

CARACTERS-TICAS DE DIS-CRIMINAO

1


21/42


O diagrama abaixo permite interpretar a lgica de disparo, que dependeessencialmente das medidas de resistncia :

Obs.: DRN e DRP trabalham operados e quando o Zmedido cruza esteseixos h a desoperao desta unidade de medida.

Na implementao da funo 78 (disparo), a parte de Z/t tambm sepresta para a funo 68OSB (bloqueio), portanto, as lgicas 68OST e 68OSB

costumam ser implantadas com lgica de Z/t em comum. Deve-se ter emmente que o bloqueio das unidades de distncia que viabiliza o disparo seletivopor 78 ou 68OST.

No caso da funo 68OST, uma unidade de medida pode ser usada na operaopara compor a lgica de taxa de variao da impedncia medida e nadesoperao para controlar o ngulo entre as fontes no momento do disparo.

R

X

CARGAPS-FALTA

Z2

OSCILAO

PERDA DESINCRONISMO

15

A

B

DESOPERAO

DXP

DRP

DXN

DRN

EXP

ERP

EXN

ERN

IXP

IRP

IXN

IRN

Z/t&

ERP

IRP

DRN

ERN

IRN

DRP

Z/t&

1 DISPARO


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2.4.1 AJUSTE DO REL 78 E 68OST

Algumas consideraes citadas no item 2.3.1 para ajuste da funo68OSB, so vlidas no critrio de ajuste das funes 78 e 68OST.

A filosofia de ajuste da funo da lgica de Z/t consiste em criar nodiagrama polar uma rea larga o suficiente para detectar a mais rpidavariao de Zmedido obtida dos estudos de estabilidade, tipicamenteexpressa em /s.

Naturalmente, a caracterstica de operao externa deve estarsuficientemente afastada do lugar geomtrico das impedncias medidasem condies de mxima carga esttica.

Nas protees onde TD seja tambm ajustvel, recomendvel que seuvalor seja da ordem de 30 ms.

Respeitada a condio de mximo carregamento esttico, deve-seprocurar ajustar ao alcances das caractersticas externa e interna emfuno da otimizao da exatido garantida da lgica de Z/t.

Considerando a exatido garantida, a mais rpida variao de Z encontradanas simulaes de estabilidade, deve ser inferior ao Z/t mnimo

mensurvel pela funo 78 ou 68 OST.

As caractersticas de operao no precisam ser simtricas aos eixos dodiagrama polar, se a aplicao impuser requisitos distintos para os doissentidos de carga pr-distrbios (exemplo: PPS da Interligao N/SE-CO).

Os alcances reativos so habitualmente ajustados na mesma proporoque os resistivos, no que tange lgica Z/t. Eles devem ser longos osuficiente para garantir a acomodao de todos os regimes de curto-circuito.

No que tange ao controle do comando de disparo, s se pode prescindirde tal sub-funo se o disjuntor for capaz de efetuar abertura em oposiode fase (exemplo: disjuntores das subestaes onde atua a PPS daInterligao N/SE-CO).

Na funo 78, a caracterstica de disparo deve ser ajustada em funo dongulo mximo admissvel pelo disjuntor. Deve-se considerar umamargem de erro significativa, pois o processo pouco exato. Alm disto

devem ser analisados todos os regimes de curto-circuito das fontes, queiro influenciar no ngulo de abertura no momento do disparo.


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O diagrama abaixo ilustra um caso estudado para determinao doalcance resistivo negativo (RDRN) da caracterstica de disparo, ondepodemos comparar o ngulo do disparo com o ngulo mximo aceitvel

pelo disjuntor.

R

X

Z1

DRN

RDRN ZS1

C

ZG1

MX

ACEITVEL

CAR-

GA


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3 PARTE 2 : APLICAO DA PPS NA INTERLIGAO

N/SE-CO

O rel utilizado para a funo de Proteo para Perda de Sincronismo(PPS) na Interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste o SEL 321, fabricadopela Schweitzer (figura abaixo). Estes rels esto instalados na Usina deSerra da Mesa e na SE Gurupi (ambas de propriedade de Furnas).

A configurao atual da Interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste :

3.1 HISTRICO

Um dos temas centrais das avaliaes feitas durante a fase deplanejamento da expanso dizia respeito tecnologia a ser empregadapara a linha de interligao Norte-Sul, posteriormente renomeada paraNorte/Sudeste-Centro Oeste.

G

G

G

SE ImperatrizSE ColinasSE MiracemaSE GurupiUS S. da MesaSE Samambaia

SE Bandeirantes

SE B. Sul

345 kV 500 kV

500 kV

500 kV 500 kV 500 kV 500 kV

230 kV

# 1

# 2


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Alm dos aspectos relativos ao custo do empreendimento, consideraesrelativas facilidade de futuras expanses levando em conta osaproveitamentos previstos para o rio Tocantins e ao desempenhodinmico esperado para o novo sistema, formado com o advento da

interligao, fizeram parte de intensas discusses tcnicas em torno daoportunidade de se utilizar tecnologias de transmisso em correntealternada ou em corrente contnua.

Sem se entrar em consideraes acerca das vantagens ou desvantagensintrnsecas a cada uma das possveis opes tecnolgicas, vale comentarque a tecnologia finalmente escolhida trazia como principal preocupao,do ponto de vista do desempenho dinmico dos sistemas, a introduo deum modo oscilatrio de baixa freqncia (0,2 Hz) entre os sistemas N-S. O

adequado controle deste modo seria fundamental para viabilizar aalternativa CA, tendo sido tal objetivo atingido atravs do emprego decompensao srie controlvel (TCSC). Vrios estudos realizados durantea fase de planejamento demonstraram a efetividade do controleproporcionada pelos TCSCs, conferindo amortecimento adequado aomodo de oscilao N-S. O critrio adotado para os estudos considerava aaplicao de curto monofsico seguido de sua eliminao atravs daabertura da linha atingida.

Outro aspecto relevante fase de planejamento da expanso diziarespeito aos reforos necessrios para que os sistemas receptorespudessem manter um nvel satisfatrio de desempenho, tendo-se adotadocomo premissa que a operao da interligao no deveria resultar emdegradao do nvel de desempenho dos sistemas operandoisoladamente. Dentro deste contexto, um conjunto de alternativas dereforos foi analisado e foi recomendada uma alternativa, classificadacomo de mdia flexibilidade operativa, representando um compromissoequilibrado entre flexibilidade operativa e custos. Tal alternativa dereforos para o sistema receptor Sudeste compunha-se de:

LT S.Mesa Samambaia 500 kV, 246 km, 2 circuito (realizado);2 transformador 500/345 kV, 1050 MVA, em Samambaia (realizado); 50% de compensao srie de cada LT S.Mesa Samambaia (no

realizado);capacitor shunt de 1 x 150 MVAr em Samambaia 345 kV (realizado);compensador esttico de 100/+200 MVAr em Samambaia (no

realizado);

No encaminhamento do relatrio do Grupo de Estudos Eltricos daInterligao Norte-Sul, Ref.: N/S-GEE.021.96, de dezembro de 1996, lia-


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se, textualmente: A ausncia de qualquer dos elementos constantes doprograma de obras de reforo no sistema Sudeste recomendado parareceber a interligao daria ensejo imposio de restries de ordemoperativas adicionais, limitando a flexibilidade e qualidade do sistema

como um todo, e com possveis implicaes sobre os benefciosenergticos da interligao.

Os estudos pr-operacionais da interligao Norte/Sudeste-Centro Oesteforam realizados em duas fases distintas. A primeira envolveu um grupomisto planejamento/operao com o objetivo de agilizar ao mximo aobteno de informaes relevantes para o planejamento da operao.Em sua segunda fase, foi dada nfase ao enfoque operativo e aocomissionamento da interligao. Nesta fase estiveram em atividade trs

foras-tarefas que se dedicaram aos aspectos de desempenho do sistemaenfocando regime permanente, regime dinmico, transitrioseletromagnticos e do controle carga-freqncia.No que diz respeito ao desempenho dinmico do sistema, foi levada atermo uma srie de anlises que definiram as aes necessrias aoestabelecimento dos procedimentos operacionais a serem observados apartir da entrada em servio da interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste,em maro de 1999. Estas anlises apontaram para a necessidade deaes de controle, do ponto de vista dos geradores e da proteosistmica, que visavam basicamente os seguintes objetivos:

1 Prover o Sistema Interligado Norte-Sul de amortecimento adicional aoj provido pela presena dos TCSCs nas extremidades da interligaoNorte/Sudeste-Centro Oeste com o intuito de:

melhorar o desempenho dinmico durante perturbaes que excitem omodo de oscilao de baixa freqncia entre os Sistemas InterligadosN/NE e S/SE/CO;

garantir amortecimento suficiente para estas oscilaes mesmo na

indisponibilidade de um ou dos dois TCSCs.

2 Contornar situaes de potencial instabilidade entre os SistemasInterligados N/NE e S/SE/CO, promovendo a separao controlada dosdois sistemas pela abertura do circuito cuja perda menos crtica para odesempenho global e garantindo que esta separao se d de formasuficientemente rpida, de modo a garantir um limite aceitvel para aqueda de tenso que ocorre na rea Gois Braslia, acompanhando oestabelecimento de uma condio de instabilidade entre os sistemas.


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No que diz respeito falta de amortecimento para oscilaes nafreqncia do modo Norte-Sul, foram recomendadas alteraes deestrutura e ajustes de alguns controladores de geradores do sistema NE.

Cabe ressaltar que diante da magnitude do fenmeno envolvendo apossibilidade de perda de sincronismo e colapso de tenso e de suaspotenciais conseqncias, grande parte do esforo de anlise dodesempenho do sistema Sudeste foi direcionado para o estudo de umamedida de proteo sistmica capaz de atender de forma satisfatria aosobjetivos do item 2anterior.

Estas anlises conduziram a uma proposio de ajustes para as proteespara perda de sincronismo instaladas nos terminais de Serra da Mesa e

de Gurupi. Os critrios utilizados nas simulaes que balizaram oclculo dos ajustes finalmente implantados foram os seguintes:

1 Simulao de casos envolvendo a perda de grandes blocos degerao no sistema Sudeste (por exemplo, atuao das lgicas dos ECEsdo tronco de 750 kV envolvendo corte de mquinas em Itaipu. Este critriofoi adotado com base na estatstica de atuao dos citados ECEs queapontavam 17 atuaes das lgicas no perodo de 01/11/96 a 20/11/97,sendo que em 16 oportunidades houve acionamento do desligamento degeradores na UHE Itaipu 60 Hz)

2 No permitir a excurso transitria das tenses na regio de Brasliaem valores abaixo de 85% da tenso nominal, de modo a se evitar odesligamento de cargas por subtenso.

3 No permitir a migrao do fenmeno de instabilidade para outrasreas do sistema, principalmente para a interligao Sul-Sudeste, deforma a se evitar um possvel colapso generalizado do sistema.

Os ajustes calculados foram testados em simulaes dinmicas queconfirmaram a sua adequao em relao aos objetivos a serem atingidos.Para tanto, foi de capital importncia o fato dos disjuntores da LT 500 kVSerra da Mesa Gurupi serem capazes de interromper correntes elevadasem condies de oposio de fase.

Estes ajustes representam uma soluo de compromisso de forma aatender aos objetivos desejados no que diz respeito separao dossistemas N/NE e S/SE/CO quando do estabelecimento de uma

condio de instabilidade, quer seja associada a um colapso detenso, quer seja a um fenmeno de perda de sincronismo. Esta


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soluo de compromisso implicou em limitao do carregamento dainterligao Norte-Sul em 800 MW, sentido Norte-Sul, medidos no terminalde Serra da Mesa e com tenso superior a 525 kV. Complementarmente,as seguintes recomendaes foram feitas aos rgos de operao:

limitar o fluxo na interligao Norte-Sul no valor mximo instantneo de800 MW medidos no terminal de Serra da Mesa sada para Gurupi;

reprogramar gerao e intercmbio entre reas observandorigorosamente o limite anteriormente citado;

observar rigorosamente o limite mnimo de 525 kV para a tenso deSerra da Mesa, principalmente quando de reprogramaes envolvendoa interligao Norte-Sul;

proceder reprogramaes do intercmbio Norte-Sul em patamares de

100 MW, observando, a cada nvel de intercmbio atingido, o limitemnimo de 525 kV para a tenso em Serra da Mesa;manter reserva de potncia reativa nos geradores, sncronos e

compensadores estticos da rea Gois Braslia de forma a atendera situaes imprevistas.

3.2 AJUSTES IMPLEMENTADOS

De forma a se garantir um desempenho dinmico satisfatrio para oSistema Interligado, quando de oscilaes de tenso e potnciaprovocados por distrbios no Sistema Eltrico, foram calculados ajustespara as protees de perda de sincronismo (PPS) da LT 500 kV Serra daMesa Gurupi, em ambos os terminais, de forma que a abertura dainterligao se desse em instante adequado, evitando colapso de tensocom o conseqente desligamento de grandes blocos de carga na reaGois Braslia e a no imposio de limitaes excessivas aos valoresde fluxo na interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste.

Baseado nos resultados dos estudos dinmicos realizados de forma aatender aos requisitos acima mencionados, foi necessrio aimplementao de ajustes no convencionais nestas protees, quelevaram a uma limitao inicial de 800 MW no fluxo, no sentido Norte-Sudeste, com um nvel de tenso mnimo de 525 kV, ambos medidos noterminal de Serra da Mesa, valor este reduzido em fins de janeiro de 2000para 700 MW, propiciando considervel diminuio de seus desligamentosautomticos, pela PPS (estavam ocorrendo com freqncia), semcomprometimento das premissas iniciais.


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A figura abaixo ilustra, num diagrama R-X, os primeiros ajustesimplantados nas protees de perda de sincronismo em ambos osterminais da LT 500 kV Serra da Mesa Gurupi, para fluxo no sentidoNorte ->Sudeste.

- terminal de Serra da Mesa :

- terminal de Gurupi :

X250

200

-200

-250

107.57-271-310 153.9

RLugar geomtricoda potncia de1017 MW

Lugar geomtricoda potncia de890 MW

Regio de Carga

Fluxo Norte-Sul

t=8ms

( PRIM)

( PRIM)

X250

200

-200

-250

-107.57 248215-153-9



Regio de Carga

Fluxo Norte-Sul

t=8ms

( PRIM)

( PRIM)


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Ainda assim, conforme pde ser observado, ao longo de 2000, a operaodesta interligao em valores de fluxo no sentido Norte-Sul, prximos aos700 MW, mantm o ponto de carga em regies relativamente prximas caracterstica de operao da proteo. Nestas condies, embora

minimizado, continuou existindo risco de atuao da mesma para grandesimpactos no Sistema, que podem ser provocados por rejeies de cargano Subsistema Norte-Nordeste ou perda de gerao no SubsistemaSul/Sudeste/Centro-Oeste, eventos estes que provocam a elevao dofluxo transitrio nesta interligao.

Para minimizar estes riscos, foi necessrio associar, reduo do limitede fluxo na Interligao, um reajuste da proteo de perda de sincronismodo terminal de Serra da Mesa, permitindo afastar um pouco mais a

caracterstica de operao do rel, da regio de carga mxima, assimdefinida. Todavia, isto implicou num retardo na ao de deteco dascondies de efetiva perda de sincronismo, levando a proteo a atuar emtempos no compatveis com as necessidades indicadas em estudos,notadamente a ocorrncia de colapso de tenso na rea Gois-Braslia,com possvel migrao da instabilidade para o tronco de 750 kV, conformeapontado, ainda, pelos estudos dinmicos efetuados.

A figura seguir, apresenta de forma simplificada os novos ajustes,implementados, das PPSs de Serra da Mesa e Gurupi.

- terminal de Serra da Mesa :

X250

200

-200

-250

107.57-192.6-231.6 153.9



Regio de Carga

Fluxo Norte-Sul

t=20ms

( PRIM)

( PRIM)


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- terminal de Gurupi :

Atualmente est liberado para operao praticar fluxos na interligao deat 900 MW, medidos em Serra da Mesa.

Com a entrada em operao da Usina Hidreltrica de Lajeado, interligada SE Miracema, foi efetuado um novo ajuste da PPS, no ano de 2002.

X

250

200

-150

-200

196.87163.87


Lugar geomtrico

da potncia de

1400 MW

Regio de Carga

Fluxo Norte-Sul

t=20ms

( PRIM)

( PRIM)


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4 PARTE 3 : OCORRNCIAS COM ATUAO DA PPS

4.1 Simulaes Realizadas no ANATEM, com atuao da PPS

As simulaes foram efetuadas utilizando o programa de Anlise deTransitrios Eletromecnicos ANATEM, desenvolvido pelo CEPEL -CENTRO DE PESQUISAS DE ENERGIA ELETRICA.

O objetivo destas simulaes foi observar o comportamento do sistemaperante contingncias envolvendo perda linha de transmisso e degerao no Sistema Sul/Sudeste, com conseqente reflexo na reaGois/Braslia e na interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste, provocandoem seguida a atuao da PPS em Serra da Mesa.

Foram estudados dois casos, ambos contemplando a mesmacontingncia de desligamento automtico de um circuito da LT 750 kVItaber-Ivaipor (sem aplicao de curto-circuito), com conseqentedesligamento de 2 unidades geradoras na usina de Itaipu, totalizandocerca de 1350 MW de rejeio gerao. Entretanto, as condiesoperativas iniciais foram modificadas, especificamente no valor de geraoda usina de Serra da Mesa.

As condies iniciais adotadas, as anlises dos resultados obtidos, e osgrficos obtidos das simulaes , so apresentados a seguir :

1 Caso : Sistema Instvel, com Perda de Sincronismo das Usinasde Serra da Mesa e Cana Brava.

Condies Iniciais :- Fluxo de potncia ativa na interligao Norte/Sudeste-Centro

Oeste em 900 MW (Norte exportador);

- Gerao de Serra da Mesa em 1200 MW (3 UGs);- Gerao de Itaipu em 4700 MW (7 UGs);

Resultados Observados :- Sistema instvel, com perda de sincronismo das usinas de Serra

da Mesa e Cana Brava.- Colapso de tenso no 500 kV e no 345 kV da rea

Gois/Braslia. A atuao da PPS em Serra da Mesa, em t =2,265 segundos, no foi suficiente para evitar o colapso de

tenso na rea.


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- Os grficos a seguir iro apresentar claramente os principaisresultados encontrados.

Figura 4.1 Tenses em Serra da Mesa e Samambaia - 500 kV.

Figura 4.2 Tenses em Itumbiara, Bandeirantes e Braslia Sul - 345 kV.


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Figura 4.3 Variao Angular das Unidades Geradoras de Itumbiara, Corumb, Serra da Mesa e Cana Brava.

Perda de sincronismo das usinas de Serra da Mesa e Cana Brava.

Figura 4.4 Fluxo de Potncia Ativa na Interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste (medido em Serra da Mesa).


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2 Caso : Sistema Estvel e com Recuperao dos Nveis de

Tenso

Condies Iniciais :- Fluxo de potncia ativa na interligao Norte/Sudeste-Centro

Oeste em 900 MW (Norte exportador);- Gerao de Serra da Mesa em 700 MW (3 UGs);- Gerao de Itaipu em 4700 MW (7 UGs);

Resultados Observados :- Sistema estvel, sob o ponto de vista tanto de estabilidade

angular quanto de estabilidade de tenso.

- Ganho no amortecimento das oscilaes eletromecnicas emrelao ao caso anterior.- Recuperao dos nveis de tenso na rea Gois/Braslia,

evitando o colapso de tenso, devido a atuao da PPS deSerra da Mesa, emt = 2,020segundos.

- Os grficos a seguir iro apresentar claramente os principaisresultados encontrados.

Figura 4.5 Tenses em Serra da Mesa e Samambaia - 500 kV.


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Figura 4.6 Tenses em Itumbiara, Bandeirantes e Braslia Sul - 345 kV.

Figura 4.7 Variao Angular das Unidades Geradoras de Itumbiara, Serra da Mesa e Cana Brava.


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Figura 4.8 Fluxo de Potncia Ativa na Interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste (medido em Serra da Mesa).

4.2 Casos Reais de Ocorrncias no Sistema Interligado, Com a Atuao daPPS.

O objetivo deste item do relatrio mostrar um caso real de umaocorrncia no sistema, que provocou a atuao da PPS da interligaoNorte/Sudeste-Centro Oeste, apresentando os registros oscilogrficos dorel, permitindo observar exatamente como o rel interpretou o eventocomo as suas unidades foram sensibilizadas e operadas.

Alm desta ocorrncia, ser apresentado um outro evento onde ocorreuuma oscilao estvel no sistema, devido variao de potncia muitoelevada na interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste, tendo sido operada

apenas a caracterstica externa do rel, no sendo portanto satisfeita acondio para a atuao da PPS.

Com o auxlio do software do fabricante do Rel SEL 321 (Schweitzer), foipossvel recuperar os registros oscilogrficos dos eventos citados.


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1 Evento : Atuao da PPS em Gurupi, Devido Rejeio de 1507MW de Gerao em Tucuru.

Descrio da Ocorrncia :

No dia 19/05/2002, s 7h24min, ocorreu o desligamento automtico dasLT 500 kV Serra da Mesa-Gurupi e LI 500 kV Gurupi-Miracema, abrindo ainterligao Norte/Sudeste-Centro Oeste. No mesmo horrio desligou a LT500 kV Serra da Mesa-Samambaia C2, por atuao da lgica 1 do CLP.

O intercmbio Norte/Sudeste variou de 16 MW, sentido Norte exportador,para 1143 MW, sentido Sudeste exportador e a freqncia do sistemavariou de 60,00 Hz para 59,76 / 60,15 / 60,00 Hz. No mesmo horriodesligaram 5 unidades geradoras em Tucuru com um total de gerao1507 MW, aproximadamente.

Houve rejeio de aproximadamente 293 MW pela atuao do ERAC nossistemas Norte e Nordeste.

Registros Oscilogrficos dos Rels (Gurupi e Serra da Mesa) :Figura 4.9 Gurupi, disparo por PPS Proteo Primria

Atuao da caractersticaexterna do rel

Atuao da caractersticainterna do rel 4 ciclos a s

Trip pela PPS


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Atuao da caracterstica

externa do rel.Recepo de Transferncia de

Dis aro, de Guru i .

Trip

Figura 4.10 Serra da Mesa, trip por recepo de disparo Proteo Primria


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externa do rel.

2 Evento : Oscilao Estvel no Sistema

Descrio da Ocorrncia :

No dia 07/09/2001, a partir das 08h20min ocorreu uma elevaosignificativa do intercmbio Norte / Sul, acima do previsto, tendo o fluxovariado de 300 MW no sentido Sul exportador para o valor de 1623 MW,s 08h26min.

A variao no intercmbio foi ocasionada por falha no equipamento deCAG do Centro Regional de Operao Norte, que executouautomaticamente uma rampa para um valor no programado.

Esta variao muito elevada de potncia na interligao Norte/Sudeste-Centro Oeste caracterizou-se como uma oscilao estvel e foi suficientepara operar apenas a caracterstica externa do rel, no sendo portantosatisfeita a condio para a atuao da PPS.

Figura 4.11 Serra da Mesa, incio da Oscilao (08h24min dia 07/09/2001)


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externa do rel.

Figura 4.12 Serra da Mesa (continuao do evendo) - Oscilao Estvel


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5 ANEXOS

5.1 Anexo 1 : Dados do rel da PPS da Interligao Norte/Sudeste-CentroOeste, para utilizao nas simulaes com o ANATEM

(=======================================================================

( DADOS DE RELE DA PPS DA NORTE-SUL

(=======================================================================

DREL MD05

(De) (Pa) Nc (Rmn1)(Rmx1)(Xmn1)(Xmx1)(Rmn2)(Rmx2)(Xmn2)(Xmx2)(Tmn)(Tmx)(Tdj)M

7236 7101 1 -9.26 6.156 -10. 10. -7.704 4.303 -8. 8. 0.020 1.0 0.03A

7101 7236 1 -6.15 7.875 -8. 10. -4.303 6.555 -6. 8. 0.020 1.0 0.03A

6 REFERNCIAS Relatrio ONS DPP/GPE 10/2000 (Fevereiro de 2000) INTERLIGAO

NORTE/SUL: PROVIDNCIAS PARA REDUO DO NMERO DEDESLIGAMENTOS PELA ATUAO DAS PPSs INSTALADAS EM SERRA DAMESA E GURUPI.

Nota Tcnica ONS - DPP/GPE 08/2000 (abril/2000) Inteligao Norte-Sul :Acompanhamento Operativo.

Relatrio ONS 03/048/2000 (Novembro de 2000) INTERLIGAONORTE/SUL: PROVIDNCIAS PARA PERMITIR AUMENTO DO FLUXO NOSENTIDO NORTE-SUL.

Relatrio ONS 3/001/2001 (Janeiro de 2001) Estudo para a Determinaodos Novos Limites FNS, FNE, FSE E RSE aps a Implantao do AjusteAdaptativo da PPS na Interligao NORTE-SUL, Cenrio Norte Exportador coma Rede Completa.

Nota Tcnica ONS - DPP/GPE 08/2000 (abril/2000) Inteligao Norte-Sul :Acompanhamento Operativo.

Apostila do Curso de Proteo de Sistemas Eltricos Jorge Miguel OrdacgiFilho.

Agradecimentos s importantes contribuies dos engenheiros de Furnas, GeorgeEmilio Regnier com as simulaes em Anatem e Roberto C. Lima com os registrososcilogrficos dos rels.

proteção para perda de sincronismo

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