Relé diferencial numérico para proteção de transformadores

Dissertação de Mestrado, Engenharia Elétrica e Eletrónica, Especialização em Sistemas de Energia e Controlo, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Proposição de um modelo para análise de fluxo de carga, curto-circuito e simulação de relés de produção

The objective of the present work is develop a model to simulate electrical energy networks in transient and stead states, using the software ATP (Alternative Transient Program), able to be a way to join two distinct themes, present in classical methodology planning networks: short circuit analysis and load flow theory. Beyond that, using a tool for relay simulation, this paper intend to use the new developed model to investigate the influence of transient phenomenon in operation of protection relays, and calibrate the enterprise's protections relays. For testing the model, some relays, actually, installed at COSERN were used

Modelagem dinâmica de transformadores de corrente para uso em estudos de qualidade da energia e proteção do sistema elétrico

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Proteção Diferencial de Transformadores Usando a Transformada Wavelet

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Estudo e analise dos sistemas de proteção em subestações automatizadas de energia elétrica

Electrical energy is present in the lives of all people and is extremely important that it be delivered to end users with plenty of quality, safety and low costs. The electric power substations are responsible for transmission and distribution of electricity generating sources to consumers, and with technological advances and the subsequent automation of same, the electricity began to be delivered with greater continuity and reliability. Protection systems in substations are largely responsible for making the electricity reaches the final consumer with quality, since their function is to prevent the spread of any type of failure occurred at any point of transmission to the load centers. These systems consist primarily by the current transformers and potential, by the protective relays and circuit breakers and switchgear. The processors send the necessary data to the relays and, if those detect any abnormality in the system, operate the opening command of the branch circuit breakers to isolate where the fault. Therefore, it is essential to better understand the operation of such equipment, as well as the overall system. This work aims to study the main substation equipment, current transformers and potential and, especially, protection relays, in order to obtain the advantages that automated systems can provide

Ajuste e ensaio de sistemas de proteção de geradores síncronos.

Os sistemas de proteção dos elementos da rede elétrica desempenham um papel de fundamental importância na segurança e confiabilidade dos sistemas de potência. A não atuação ou a atuação incorreta dos relés de proteção durante uma falta localizada em um componente da rede pode transformar-se em um evento sistêmico de grandes proporções (blecaute). Esses eventos trazem riscos e elevados prejuízos econômicos à sociedade. A proteção dos geradores síncronos, apesar do alto custo e complexidade deste tipo de equipamento, não recebe a mesma atenção na literatura que a dedicada à proteção de outros elementos da rede, como, por exemplo, a das linhas de transmissão. Isso decorre do menor número de geradores existentes na rede e também da ideia que as faltas neste tipo de equipamento são menos frequentes. Este trabalho aborda os principais aspectos envolvidos com o projeto de um sistema de proteção para geradores síncronos de grande porte. Incialmente, discutese os principais conceitos associados com os geradores, de interesse para a tarefa de proteção. Particular atenção é dedicada às formas de aterramento e aos critérios adotados para projeto do resistor de aterramento utilizado nesse equipamento. Em seguida, apresentam-se as principais funções de proteção aplicáveis aos geradores, particularmente aquelas voltadas para a detecção de faltas nos enrolamentos do estator. Discute-se também os critérios de ajustes dos parâmetros dessas funções. Descreve-se o uso de uma plataforma laboratorial, baseada em simulador de tempo real (RTDS), para ensaio e análise do sistema de proteção visando validar seu correto desempenho frente às possíveis condições operativas que podem ser encontradas em campo. Finalmente, utilizando os conceitos desenvolvidos ao longo do trabalho, desenvolve-se um estudo de caso, onde é realizado o projeto e implementação do sistema de proteção dos geradores de uma usina hidrelétrica hipotética. Para avaliar e analisar o desempenho do sistema de proteção dessa rede exemplo, parametrizou-se o IED G60 (GE) e realizou-se inúmeras simulações na plataforma de testes proposta.

Sistema especialista para análise pós-evento da proteção em subestações distribuidoras.

É importante que as redes elétricas tenham altos índices de confiabilidade, de forma a se manter a agilidade e a manutenção ideais para um melhor funcionamento. Por outro lado, o crescimento inesperado da carga, falhas em equipamentos e uma parametrização inadequada das funções de proteção tornam a análise de eventos de proteção mais complexas e demoradas. Além disso, a quantidade de informações que pode ser obtida de relés digitais modernos tem crescido constantemente. Para que seja possível uma rápida tomada de decisão e manutenção, esse projeto de pesquisa teve como objetivo a implementação de um sistema completo de diagnóstico que é ativado automaticamente quando um evento de proteção ocorrer. As informações a serem analisadas são obtidas de uma base de dados e de relés de proteção, via protocolo de comunicação IEC 61850 e arquivos de oscilografia. O trabalho aborda o sistema Smart Grid completo incluindo: a aquisição de dados nos relés, detalhando o sistema de comunicação desenvolvido através de um software com um cliente IEC61850 e um servidor OPC e um software com um cliente OPC, que é ativado por eventos configurados para dispará-lo (por exemplo, atuação da proteção); o sistema de pré-tratamento de dados, onde os dados provenientes dos relés e equipamentos de proteção são filtrados, pré-processados e formatados; e o sistema de diagnóstico. Um banco de dados central mantém atualizados os dados de todas essas etapas. O sistema de diagnóstico utiliza algoritmos convencionais e técnicas de inteligência artificial, em particular, um sistema especialista. O sistema especialista foi desenvolvido para lidar com diferentes conjuntos de dados de entrada e com uma possível falta de dados, sempre garantindo a entrega de diagnósticos. Foram realizados testes e simulações para curtos-circuitos (trifásico, dupla-fase, dupla-fase-terra e fase-terra) em alimentadores, transformadores e barras de uma subestação. Esses testes incluíram diferentes estados do sistema de proteção (funcionamento correto e impróprio). O sistema se mostrou totalmente eficaz tanto no caso de disponibilidade completa quanto parcial de informações, sempre fornecendo um diagnóstico do curto-circuito e analisando o funcionamento das funções de proteção da subestação. Dessa forma, possibilita-se uma manutenção muito mais eficiente pelas concessionárias de energia, principalmente no que diz respeito à prevenção de defeitos em equipamentos, rápida resposta a problemas, e necessidade de reparametrização das funções de proteção. O sistema foi instalado com sucesso em uma subestação de distribuição da Companhia Paulista de Força e Luz.

Localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia : uma metodologia baseada em redes neurais artificiais

O presente trabalho apresenta uma nova metodologia de localização de faltas em sistemas de distribuição de energia. O esquema proposto é capaz de obter uma estimativa precisa da localização tanto de faltas sólidas e lineares quanto de faltas de alta impedância. Esta última classe de faltas representa um grande problema para as concessionárias distribuidoras de energia elétrica, uma vez que seus efeitos nem sempre são detectados pelos dispositivos de proteção utilizados. Os algoritmos de localização de faltas normalmente presentes em relés de proteção digitais são formulados para faltas sólidas ou com baixa resistência de falta. Sendo assim, sua aplicação para localização de faltas de alta impedância resulta em estimativas errôneas da distância de falta. A metodologia proposta visa superar esta deficiência dos algoritmos de localização tradicionais através da criação de um algoritmo baseado em redes neurais artificiais que poderá ser adicionado como uma rotina adicional de um relé de proteção digital. O esquema proposto utiliza dados oscilográficos pré e pós-falta que são processados de modo que sua localização possa ser estimada através de um conjunto de características extraídas dos sinais de tensão e corrente. Este conjunto de características é classificado pelas redes neurais artificiais de cuja saída resulta um valor relativo a distância de falta. Além da metodologia proposta, duas metodologias para localização de faltas foram implementadas, possibilitando a obtenção de resultados comparativos. Os dados de falta necessários foram obtidos através de centenas de simulações computacionais de um modelo de alimentador radial de distribuição. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade do uso da metodologia proposta para localização de faltas em sistemas de distribuição de energia, especialmente faltas de alta impedância.

Sistemas inteligentes aplicados à coordenação da proteção de sistemas elétricos industriais com relés digitais.

Atualmente existem diferentes ferramentas computacionais para auxílio nos estudos de coordenação da proteção, que permitem traçar as curvas dos relés, de acordo com os parâmetros escolhidos pelos projetistas. Entretanto, o processo de escolha das curvas consideradas aceitáveis, com um elevado número de possibilidades e variáveis envolvidas, além de complexo, requer simplificações e iterações do tipo tentativa e erro. Neste processo, são fatores fundamentais tanto a experiência e o conhecimento do especialista, quanto um árduo trabalho, sendo que a coordenação da proteção é qualificada pela IEEE Std. 242 como sendo mais uma arte do que uma ciência. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo genético e de um algoritmo inspirado em otimização por colônia de formigas, para automatizar e otimizar a coordenação da função de sobrecorrente de fase de relés digitais microprocessados (IEDs), em subestações industriais. Seis estudos de caso, obtidos a partir de um modelo de banco de dados, baseado em um sistema elétrico industrial real, são avaliados. Os algoritmos desenvolvidos geraram, em todos os estudos de caso, curvas coordenadas, atendendo a todas as restrições previamente estabelecidas e as diferenças temporais de atuação dos relés, no valor de corrente de curto circuito trifásica, apresentaram-se muito próximas do estabelecido como ótimo. As ferramentas desenvolvidas demonstraram potencialidade quando aplicadas nos estudos de coordenação da proteção, tendo resultados positivos na melhoria da segurança das instalações, das pessoas, da continuidade do processo e do impedimento de emissões prejudiciais ao meio ambiente.

Análise de proteção de linhas de transmissão através de relés numéricos e uso de models externos no ATP (Alternative Transient Program)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Proteção de sistemas eletricos industriais: relés e suas aplicações em subestações

Electrical installations in industries involving high currents and voltages considered. On the other side is the common appearance of electrical failures, caused by human error, defects in electrical equipment or electrical installation aging itself. These failures are varied, those with the highest rate of occurrence and cause much damage to electrical installations, are overcurrent and overvoltage. Therefore there is a need to project a system that can detect and minimize possible effects caused by faults in electrical installations industries. Protection systems in electric industries emerge as an alternative to control especially voltage and current magnitudes. Engineered based on the functions of the relays, protection systems are an indispensable tool for any industrial substation. But the project of such systems becomes increasingly more complex, due to technological development. Electrical equipment not develop at the same speed that the protective devices (relays), making it indispensable knowledge of integration of technologies

Estimação de Fasores para Proteção de Sistemas Elétricos Baseada em Mínimos Quadrados e Morfologia Matemática

This work proposes a new technique for phasor estimation applied in microprocessor numerical relays for distance protection of transmission lines, based on the recursive least squares method and called least squares modified random walking. The phasor estimation methods have compromised their performance, mainly due to the DC exponential decaying component present in fault currents. In order to reduce the influence of the DC component, a Morphological Filter (FM) was added to the method of least squares and previously applied to the process of phasor estimation. The presented method is implemented in MATLABr and its performance is compared to one-cycle Fourier technique and conventional phasor estimation, which was also based on least squares algorithm. The methods based on least squares technique used for comparison with the proposed method were: forgetting factor recursive, covariance resetting and random walking. The techniques performance analysis were carried out by means of signals synthetic and signals provided of simulations on the Alternative Transient Program (ATP). When compared to other phasor estimation methods, the proposed method showed satisfactory results, when it comes to the estimation speed, the steady state oscillation and the overshoot. Then, the presented method performance was analyzed by means of variations in the fault parameters (resistance, distance, angle of incidence and type of fault). Through this study, the results did not showed significant variations in method performance. Besides, the apparent impedance trajectory and estimated distance of the fault were analysed, and the presented method showed better results in comparison to one-cycle Fourier algorithm

Identificação de correntes de inrush na proteção diferencial de transformadores de potência através do gradiente da corrente diferencial e de mapas auto-organizáveis

A principal dificuldade encontrada na proteção diferencial de transformadores de potência é a correta distinção entre as correntes de inrush e as correntes de faltas internas. Tradicionalmente os relés diferenciais executam esta tarefa utilizando a técnica de restrição por harmônicos baseada na premissa de que as correntes de inrush possuem alta concentração de componentes harmônicas de segunda ordem, contudo essa técnica nem sempre é eficaz. O presente trabalho tem como objetivo apresentar a proposta de duas novas metodologias capazes de realizar a identificação e distinção entre as correntes de inrush das correntes de faltas internas na proteção diferencial de transformadores de potência através de metodologias que não dependem do conteúdo de harmônicos do sinal da corrente diferencial. A primeira metodologia proposta, denominada de método do gradiente da corrente diferencial, é baseada no comportamento do vetor gradiente, obtido através da diferenciação numérica do sinal da corrente diferencial. O critério de distinção utilizado é baseado no desvio padrão do ângulo do vetor gradiente que apresenta comportamento diferenciado para correntes de inrush e correntes de curto-circuito. A segunda metodologia proposta é baseada na capacidade de reconhecimento e classificação de padrões das redes neurais de Mapeamento Auto-organizável de Kohonen. Como padrão de entrada e de treinamento da rede neural é utilizado um vetor contendo quatro níveis do espectro do desvio padrão do ângulo do vetor gradiente da corrente diferencial nas três fases do transformador de potência. A eficácia dos métodos foi testada através da simulação de diversas situações de faltas internas e correntes de inrush, incluindo situações de “Sympathetic Inrush”, em um transformador de potência usando o software EMTP/ATP e através da implementação do algoritmo em MATLAB®, apresentando resultados altamente promissores.

Coordenação de relés de sobrecorrente e distância para sistemas de transmissão

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Anteprojeto de um sistema digital de proteção e controle aplicado em uma subestação elétrica industrial

With the growth of the demand on electric energy in the last decades, the urban distribution and transmission systems have experienced a bigger necessity to improve on the substations, the automation procedures and techniques on the operation maneuvers of such systems, in a sense that better attends the quality levels, availability, continuity and operational reliability. In this way, the objective of the present paper is to perform a study of protection and control on an electrical industrial system involving the procedures of digitizing and maneuvers automatism utilizing operational techniques and other pertinent information used in a typical high-voltage Industrial Electrical System. Analysis were made on short-circuits to specify the main components of the 138 [kV] substation, in addition, there were used digital MiCOM relays to make the protection of the present elements. With that, a program was developed to allow the user to monitor the condition of circuit-breakers through a supervision screen being able to simulate some kinds of faults, as well as observing the characteristics of each device. This way, the importance of having a fast and reliable system that ensures the equipment’s protection and the industrial process continuity due to faults on the electrical system is noticeable. It’s important to highlight that all this digitizing was mainly favored by the development of digital technology on the last years, mainly on microelectronics, also with the appearance of supervision gadgets allowing the development of complex systems in supervision and electric energy control