Cigré/Brasil CE B5 – Proteção e Automação

1. Cigré/BrasilCE B5 – Proteção e Automação Seminário Interno de Preparação para o Colóquio de Madri 2007 Rio de Janeiro, outubro/07

2. 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

3. 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

4. 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.

5. 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.

6. Faulted = Unfaulted + Superimposed Falta Pré-falta Corrente:- i i mem rly = + i r = Superimposed

7. Faulted = Unfaulted + Superimposed

8. 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

9. 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.

10. 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.

11. 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

12. 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.

13. 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.

14. Teste baseado na simulação de transitórios

15. 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

16. Teste baseado na simulação de transitórios

17. 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.

18. Dúvidas

19. Respostas às questões do REP • Número da questão • Questão • Resposta: