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GPC/021

21 a 26 de Outubro de 2001Campinas - São Paulo - Brasil

GRUPO VPROTEÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE EM SISTEMAS DE POTÊNCIA

NOVAS TECNOLOGIAS NA ANÁLISE DE PERTURBAÇÕES NO SISTEMA DE TRANSMISSÃO DA CEMIG

Mª Lúcia de C. Gabino* Jeder F. de Oliveira Clóvis E. Alves Weber M. de Sousa Lumen B. G. Neto

CEMIG CEMIG CEMIG CEMIG CEMIG

RESUMO

Este trabalho tem por objetivo apresentar a utilizaçãode novas tecnologias na atividade de análise deperturbações, mostrando exemplos ilustrativos deocorrências no sistema de transmissão da Cemig eseus respectivos diagnósticos. São descritas situaçõesanteriormente consideradas de causa indeterminada etambém fenômenos elétricos que não podiam sercomprovados.

PALAVRAS-CHAVE: Novas tecnologias, Análise deperturbações, Sistema de transmissão, Proteção.

1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos os sistemas de transmissão têmpassado por expressivas mudanças, tanto do ponto devista de legislação, quanto do de operação.Atualmente os sistemas de transmissão não têm maistanta flexibilidade operativa e operam muito próximo doseu limite de segurança. Aliado a isso, a novaregulamentação do setor elétrico prevê puniçõesseveras às empresas causadoras ou propagadoras dedistúrbios.

Nesse novo contexto, a análise de ocorrências passa ater papel de suma importância na determinação dascausas , origens e tempos de duração dasperturbações e por este motivo precisou sermodernizada.

A atividade de análise de perturbações no sistema detransmissão da Cemig mudou radicalmente nosúltimos anos. Essa mudança ocorreu, principalmente,graças ao surgimento de novas tecnologias queagregaram ganhos consideráveis na qualidade doserviço.

Até há alguns anos, os únicos dados disponíveis paraa análise de uma perturbação eram as informações

dos operadores das instalações a respeito dascondições do tempo, alarmes, indicações/bandeirolasde relés de proteção, contadores de operação dedisjuntores e pára-raios, registros oscilográficos empapel. Algumas poucas instalações eram dotadas deseqüenciadores de eventos mas sem sincronização ecom baixa confiabilidade.

A partir de 1996, esse quadro começou a mudar com aintrodução de novas tecnologias, destacando-se arede de oscilografia, o programa gráfico parasimulação de curto-circuito, o registro histórico dasgrandezas elétricas, o sistema de localização detempestades, as imagens de satélites para detecçãode focos de queimada, as telas do sistema desupervisão e controle “on line”.

Através da utilização desses novos recursos, asanálises de perturbações se tornaram muito maiscompletas, rápidas e confiáveis, sendo identificados deforma precisa o tipo, a duração, a causa, a proteçãoatuada e principalmente a localização da falta.

2. NOVAS TECNOLOGIAS USADAS PELA CEMIG

2.1- Rede de Oscilografia

Consiste de registradores digitais de perturbações(RDP) ligados em rede e instalados nas principaissubestações da malha de transmissão, comcomunicação com o escritório central em BeloHorizonte, para supervisão das correntes, tensões eeventos das linhas de transmissão e transformadores,além de recursos de localização de falta, análiseespectral e análise de componentes simétricas. Alémdos RDPs, existem também proteções digitais quepossuem oscilografia, seqüências de eventos elocalização de falta independente.

A comunicação entre o escritório central e os sistemasde aquisição de dados das diversas estações é feitaautomaticamente, com hora e estações programadas,

permitindo ao usuário disponibilização mais rápida dosdados. Atualmente essa varredura automática estáprogramada para buscar os arquivos de registrosexistentes a cada quatro horas em todas as estaçõesda rede de oscilografia. Adicionalmente, existe apossibilidade da discagem manual para busca dearquivos.

2.2- Programa para Simulação de Curto-circuito(ASPEN-Oneliner)

Depois de muitos anos utilizando programas poucoamigáveis e sem interface gráfica, a Cemigmodernizou-se adquirindo uma nova ferramenta para ocálculo de curtos-circuitos. Trata-se de um programagráfico para simulação de curtos-circuitos que, entreoutras funções, executa o cálculo dos diversos tipos defalta ao longo da LT, com ou sem resistência de falta,fornecendo as contribuições de corrente, níveis detensão nas barras e tempo de atuação das proteções,permitindo a simulação da falta registrada pela rede deoscilografia e confrontação dos valores registrados esimulados, validando a localização da falta.

2.3- Registro Histórico das Grandezas Elétricas(Reghist)

As grandezas elétricas (corrente, tensão, potência,etc.) de todas as instalações do sistema detransmissão da Cemig são aquisitadas e gravadas, emintervalos de segundos, permitindo a confrontaçãocom os valores de pré-falta registrados pela rede deoscilografia. A partir das grandezas medidas, outrasgrandezas são calculadas.

2.4- Sistema de Localização de Tempestades (SLT)

Esse sistema é composto de sete estações detectorassincronizadas por sinais de satélite que detectam asdescargas atmosféricas ocorridas entre a nuvem e aterra, em Minas Gerais e circunvizinhanças e transmiteas informações para uma estação central paraprocessamento dos dados. Esse sistema permitedetectar a ocorrência de descarga atmosférica naregião da LT no horário da perturbação. A indicação dehorário tem precisão de milésimos de segundo.

2.5- Imagens de Satélites para Detecção de Focos deQueimada

Através de um convênio com o Instituto Nacional dePesquisas Espaciais – INPE do Ministério da Ciência eTecnologia, são obtidas diariamente imagens dosatélite NOAA, que fornece a localização de focos dequeimadas.

2.6- Telas do Sistema de Supervisão e Controle

As mesmas telas do sistema de supervisão e controledisponíveis para os despachantes do Centro deOperação do Sistema (COS), com a topologia dasestações, valores de tensão, carregamentos nas linhasde transmissão e transformadores, são acessadas "online" pelas equipes de proteção responsáveis pelaanálise de perturbações.

3. EXEMPLOS ILUSTRATIVOS DE OCORRÊNCIAS

3.1- Falta de Alta Impedância em LT de 500 kV

No dia 28/11/1998, às 17h25, houve uma falta de altaimpedância envolvendo a fase B e a terra na LT Neves– Mesquita 500 kV. Essa LT possui 172 km eatravessa uma área montanhosa e de difícil acesso emalguns trechos, com alta resistência de aterramento.Essa LT é responsável pelo suprimento de grandesconsumidores industriais da região leste do Estado,sendo o terminal de Neves uma fonte forte e o terminalde Mesquita uma fonte muito fraca.

A principal característica da falta foi que a tensão dafase envolvida praticamente não variou e a correnteinjetada no terminal de Mesquita diminuiu. Pareciauma falta de altíssima impedância, mas comcaracterísticas tão anormais que alguns técnicos eengenheiros que não trabalham na área de proteçãochegaram a suspeitar de operação indevida daproteção da LT. Essa suspeita aumentou quando ainspeção feita pela equipe de manutenção de linhas,na faixa determinada pela rede de oscilografia, nãoencontrou nenhuma anormalidade.

FIGURA 1 – Falta de alta impedância em LT de 500kV

A dúvida permaneceu até o dia 26/01/1999, às 17h20,quando houve outra falta com as mesmascaracterísticas e localização. Nova inspeção aérea eterrestre foram feitas e dessa vez o problema foilocalizado. Era uma árvore, em um local de acessomuito difícil e alta resistência de aterramento. A equipede manutenção teve muita dificuldade em chegar aolocal da falta. A confirmação da localização da falta foimuito importante para validar as informações da redede oscilografia e a análise da equipe de proteção.

3.2- Falta Simultânea em LTs de 345 kV

Esta falta aconteceu no dia 14/12/1998, às 17h04,causada por descarga atmosférica, envolvendo a faseB e a terra das LTs Ouro Preto 2 – Lafaiete e OuroPreto 2 – Taquaril, ambas de 345 kV. A falta foilocalizada pela rede de oscilografia a 2,95 km da SE

Ouro Preto 2 e nesse trecho as duas LTs estão namesma torre, em circuito duplo.

Pelo Sistema de Localização de Tempestades foipossível confirmar a ocorrência de descargasatmosféricas e pela oscilografia verificou-se que a faltarealmente envolveu as duas LTs e que a proteçãoatuou corretamente eliminando o defeito.

FIGURA 2 – Falta simultânea em LT de 345 kV

3.3- Falta Trifásica em LT de 500 kV

Faltas trifásicas em LTs de 500 kV são eventos muitoraros e uma falta dessas nunca tinha sido registradapela rede de oscilografia da Cemig. Até que no dia08/03/1999, às 16h40, houve um curto-circuito trifásicona LT Jaguara – Nova Ponte 500 kV, causado pordescarga atmosférica.

Um detalhe importante dessa ocorrência é que devidoao fato da rede de oscilografia e do Sistema deLocalização de Tempestades (SLT) estaremsincronizados com sinal IRIG-B, foi possível com alocalização da falta fornecida pela oscilografia,identificar no SLT a descarga atmosférica e suaintensidade (cerca de 40 kA).

FIGURA 3 – Falta trifásica em LT de 500 kV

3.4- Falha no Religamento Automático em LI de 500kV

No dia 03/02/2000, às 12h59, houve um curto-circuitofase A-terra na LI Itumbiara (Furnas) – Emborcação500 kV causado por descarga atmosférica, confirmadapelo Sistema de Localização de Tempestades.

A falta foi eliminada corretamente pelas proteções deambos os terminais e o terminal de Itumbiara iniciou oreligamento enviando tensão para Emborcação, quenão religou.

Pela oscilografia foi possível verificar que o relé decheque de sincronismo de Emborcação não permitiu oreligamento porque o ângulo de defasamento entre astensões da barra e da linha estava acima dos valoresajustados no relé. Essa diferença angular maior do queo normal ocorreu devido às condições operativas doSistema no momento da ocorrência e não havia sidoprevista nos estudos de planejamento.

FIGURA 4 – Defasamento entre as tensões da barra e da linha

Caso não fosse possível verificar pela rede deoscilografia o que ocorreu, seriam emitidosdesnecessariamente pedidos de testes para o circuitoe relés de religamento. Os resultados seriamconsiderados satisfatórios e a causa da falha seriaindeterminada.

3.5- Deteção de Defeito em TPCs de 500 kV

A Cemig teve problemas de explosões detransformadores de potencial capacitivo (TPC) de 500kV de uma série específica. Esse fato levou a umaação de médio prazo de substituição de todos os TPCsdessa série, que atualmente está em fase final deexecução.

Devido a esses problemas, até que fossemsubstituídos, foi estabelecida uma rotina de partidamanual dos registradores de perturbações das SEsque possuíam TPCs suspeitos, com o objetivo demonitorar a tensão dos mesmos.

A partir dos registros obtidos, foi observado que atensão do TPC da fase B da UH São Simão, saída de

500 kV para Água Vermelha (CTEEP), vinhaapresentando um aumento significativo em relação àstensões das outras fases.

Foi então acionada a equipe de manutenção paratestes no TPC, sendo confirmado o defeito. Oequipamento foi substituído emergencialmente,evitando que o defeito evoluísse até a explosão doTPC.

4. CONCLUSÕES

No novo ambiente do setor elétrico, as perturbaçõescausadas por uma empresa podem ser motivo depesadas punições, dentre elas multas de valorelevado. Cabe, então, às empresas se prepararempara que essas perturbações sejam minimizadas,através de uma análise rica e detalhada, de modo apropor melhorias no sentido de evitar que elas voltema acontecer.

Também no caso de litígio entre duas ou maisempresas, as informações das ocorrências serãocruciais para definição das responsabilidades de cadauma.

É importante também ressaltar que , muitas vezes, asempresas possuem ferramentas que não sãodisponibilizadas para as equipes de proteção e quepoderiam contribuir significativamente no processo deanálise de perturbações. Cabe às equipes de proteçãoidentificar essas ferramentas e sensibilizar o órgãoresponsável por elas para que sejam disponibilizadaspara o enriquecimento das análises de perturbações.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]. GOMES, Nilo Sérgio e RIBEIRO, GuilhermeMoutinho. Cemig’s oscillography network. V SEPOPE.Recife/PE,Brasil, 1996.

[2]. OLIVEIRA, Jeder Francisco, LIMA, Júlio CésarMarques, GOMES, Nilo Sérgio e RIBEIRO, GuilhermeMoutinho . Cemig Practical Experience in TransmissionLine Fault Location. Cigrè SC34 – Colloquium,Italy,1999.

[3]. ASPEN – Advanced Systems for PowerEngineering, Inc. ASPEN Oneliner User’s Manual.USA, 2000.

[4] . RIBEIRO, Guilherme Moutinho, LAMBERT-TORRES, Germano, SILVA, Luiz Eduardo Borges eSILVA, Alexandre P. Alves. Power SubstationSupervisory Control. IEEE International Conference onSystems, Man and Cybernetics. San Antonio, USA,1994.