Aplicação de IED para Controle de Disjuntor em Subestações de Alta Tensão
Resumo do Controle de Disjuntor de Alta Tensão com Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IED)
Introdução
Os Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IEDs) revolucionaram o controle e a automação de disjuntores de alta tensão (HV) em subestações. Ao integrar tecnologia digital avançada, os IEDs permitem monitoramento, gerenciamento e controle em tempo real a partir de um hub remoto centralizado, aumentando a eficiência, confiabilidade e segurança dos sistemas de energia.
Instalação e Integração
Um IED de controle de disjuntor pode ser instalado dentro do gabinete do disjuntor no pátio de comutação ou na sala de relés/controle. É importante notar que funções como Falha do Disjuntor (BF), Recolocação Automática (AR) e Supervisão de Circuito (CS) geralmente não são integradas no IED de Controle de Disjuntor, mas podem ser tratadas por relés de proteção separados ou outros dispositivos.
Consolidação de Sinais
Em algumas aplicações de subestação, em vez de ter fios individuais de disparo/fechamento para cada IED de proteção ou controle conectado ao mesmo disjuntor, um único IED de controle de disjuntor pode consolidar todos os sinais de disparo ou fechamento de múltiplos IEDs. Essa abordagem simplifica a fiação e reduz o número de conexões, tornando o sistema mais eficiente e fácil de manter.
Monitoramento e Funções Auxiliares
O IED de controle de disjuntor monitora continuamente o status do disjuntor, incluindo:
Status de Posição: Aberto, fechado ou posições intermediárias.
Níveis de Pressão: Hidráulica, pneumática ou pressão de gás, que são críticos para o funcionamento adequado.
Contatos Auxiliares: Usados para fornecer informações de status a IEDs relacionados
Além disso, o IED fornece várias funções auxiliares:
Função Anti-Pumping: Impede que o disjuntor seja recolocado até que a causa da falha seja resolvida. Se uma função anti-pumping existir no próprio disjuntor, a função anti-pumping do IED deve ser desativada para evitar conflitos.
Supervisão das Bobinas do Disjuntor: Monitora a saúde das bobinas de disparo e fechamento para garantir que estejam funcionando corretamente.
Supervisão de Pressão: Alerta os operadores sobre condições de baixa pressão e bloqueia comandos de disparo/fechamento se a pressão for insuficiente.
Principais Funções de um IED de Controle de Disjuntor
Aquisição de Informações de Status do Interruptor Primário: O IED coleta dados sobre a posição e o status do disjuntor.
Execução de Comandos de Disparo/Fechamento: O IED pode executar comandos de disparo ou fechamento localmente ou remotamente via SCADA, Unidades de Controle de Baia ou IEDs de proteção.
Disparo e Fechamento Segmentado por Fase: O IED pode disparar ou fechar independentemente fases individuais (A, B, C) ou realizar operações trifásicas. No entanto, não inclui lógica integrada para discrepância de pólos.
Função Anti-Pumping: Impede que o disjuntor seja repetidamente fechado durante uma condição de falha.
Supervisão das Bobinas do Disjuntor: Garante a integridade das bobinas de disparo e fechamento.
Supervisão de Pressão: Monitora os níveis de pressão para garantir a operação segura e impede ações perigosas.
Interação de Sinais no IED de Disjuntor
Quando ocorre uma falha no sistema de energia:
Os IEDs de proteção detectam a falha e emitem um comando de disparo ao IED de Controle de Disjuntor.O IED de Controle de Disjuntor, então, dispara o disjuntor correspondente usando sinais hardwired (Fase A, B, C, ou disparo trifásico).Após o disparo, o IED adquire o novo status do disjuntor (por exemplo, aberto ou fechado) e fornece essa informação aos IEDs relevantes via sinais hardwired.Informações de status adicionais, como baixa pressão, também são monitoradas e relatadas.O sinal de disparo dos IEDs de proteção também é usado para iniciar a função de Recolocação Automática (AR), que tenta restaurar a energia após uma falha. O comando de fechamento AR é enviado ao IED de Controle de Disjuntor via sinais hardwired. Da mesma forma, o sinal de disparo pode iniciar a função de Falha do Disjuntor (BF), e os sinais de re-disparo também são hardwired ao IED.Comandos de controle remoto (abertura/fechamento) de RTU/SCADA, sistemas de automação locais de subestações ou Unidades de Controle de Baia também são hardwired ao IED de controle de disjuntor.
Comunicação com IEC 61850 e GOOSE
Em subestações modernas, o IED de Controle de Disjuntor pode se comunicar usando o protocolo IEC 61850, especificamente através de mensagens GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event). Isso permite a integração sem costura com outros dispositivos inteligentes na subestação, reduzindo a necessidade de conexões hardwired e melhorando a flexibilidade e confiabilidade do sistema.
A Figura 1 ilustra uma aplicação típica de um IED de controle de disjuntor usando comunicação GOOSE. Na prática, redes redundantes (Rede A e Rede B) são frequentemente implementadas para garantir maior confiabilidade.
Papel na Automação de Subestações
O IED de Controle de Disjuntor atua como uma interface digital entre dispositivos secundários (como IEDs de proteção, sistemas SCADA e Unidades de Controle de Baia) e o equipamento primário de alta tensão (disjuntores). Facilita a transição de sistemas analógicos tradicionais para subestações totalmente digitalizadas, permitindo recursos avançados como monitoramento em tempo real, controle automatizado e melhor manipulação de falhas.
Outras Principais Funções do IED de Controle de Disjuntor:
Na figura 2, mostra as interações funcionais e de sinal do IED de controle de disjuntor:
Visão Geral Abrangente do Controle de Disjuntor de Alta Tensão com Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IED)
Introdução
Os Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IEDs) desempenham um papel crucial em subestações modernas, possibilitando o controle e o monitoramento avançados de disjuntores de alta tensão (HV). O Controlador de Disjuntor é um IED especializado que coleta informações dos disjuntores e envia comandos de controle para eles, facilitando o gerenciamento e a automação em tempo real. Este dispositivo se interfaceia com disjuntores baseados em sinais analógicos tradicionais através de contatos de entrada/saída hardwired, convertendo sinais elétricos em dados digitais para comunicação via protocolo IEC 61850 e mensagens GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event).
Principais Funções do Controlador de Disjuntor
Coleta de Informações dos Disjuntores
Status de Posição: Aberto, fechado ou posições intermediárias.
Status de Pressão de Controle: Níveis de pressão hidráulica, pneumática ou de gás.
Contatos Auxiliares: Sinais de status adicionais, como baixa pressão, condições de falha, etc.
Entradas Hardwired: O Controlador de Disjuntor usa contatos de entrada hardwired para coletar várias informações de status dos disjuntores, incluindo:
Conversão Analógico-Digital: O controlador converte esses sinais analógicos em formato digital, tornando os dados compatíveis com protocolos de comunicação modernos.
Envio de Comandos de Controle aos Disjuntores
Saídas Hardwired: O Controlador de Disjuntor usa contatos de saída hardwired para enviar comandos de disparo ou fechamento aos disjuntores. Esses comandos são executados com base em instruções recebidas de dispositivos de proteção, sistemas SCADA ou unidades de controle de baia.
Circuitos Segmentados por Fase: O controlador geralmente fornece circuitos de disparo e fechamento segmentados por fase, permitindo o controle independente de fases individuais (A, B, C) ou operações trifásicas. Para um disjuntor trifásico, geralmente fornece uma bobina de fechamento e duas bobinas de disparo.
Comunicação via Mensagens GOOSE
Publicação de Informações para Dispositivos de Nível de Baia: Após coletar informações elétricas dos disjuntores, o Controlador de Disjuntor converte esses dados em sinais digitais e os publica para IEDs de nível de baia via barramento de processo usando mensagens GOOSE. Isso permite que outros dispositivos na subestação acessem atualizações de status em tempo real.
Recebimento de Mensagens GOOSE de Dispositivos de Nível de Baia: Quando ocorre uma falha no sistema de energia ou é emitido um comando de controle remoto, os dispositivos de proteção ou unidades de controle de baia relacionados publicam mensagens GOOSE correspondentes (por exemplo, comando de disparo, comando de fechamento). O Controlador de Disjuntor, atuando como assinante, recebe essas mensagens e toma as ações apropriadas, como disparar ou fechar o disjuntor via seus contatos de saída hardwired.
Prevenção de Disparos Repetidos (Função Anti-Pump)
Prevenção de Disparos Repetidos: Se um disjuntor for fechado manualmente ou automaticamente em uma falha permanente e o sinal de fechamento persistir, o disjuntor pode tentar fechar-se várias vezes após cada disparo. Para evitar isso, o Controlador de Disjuntor inclui uma função anti-pump que garante que o disjuntor dispare apenas uma vez e impede fechamentos adicionais até que o circuito de fechamento seja desenergizado pelo operador.
Consideração de Configuração: Se o disjuntor tiver um circuito anti-pump, a função anti-pump no Controlador de Disjuntor deve ser desativada para evitar conflitos.
Supervisão das Bobinas do Disjuntor
Supervisão da Bobina de Fechamento: O Controlador de Disjuntor pode monitorar o status da bobina de fechamento usando relés auxiliares. Isso é alcançado conectando o terminal ao polo negativo da fonte de alimentação em série com o contato auxiliar normalmente fechado (52b) do disjuntor. Se o terminal também estiver conectado à bobina de fechamento (CC), os relés auxiliares podem fornecer supervisão da saúde da bobina de fechamento.
Supervisão da Bobina de Disparo: De maneira similar, o controlador pode supervisionar o status da bobina de disparo usando relés auxiliares. Isso é feito conectando o terminal ao polo negativo da fonte de alimentação em série com o contato auxiliar normalmente aberto (52a) do disjuntor. Se o terminal também estiver conectado à bobina de disparo (TC), os relés auxiliares podem monitorar a condição da bobina de disparo.
Supervisão de Pressão e Bloqueio
Monitoramento de Pressão Crítica: A pressão nos disjuntores é essencial para seu funcionamento adequado. Níveis de pressão anormais podem levar a malfuncionamentos, redução da vida útil ou até danos aos disjuntores. Portanto, o Controlador de Disjuntor monitora todos os tipos de sinais de pressão (por exemplo, hidráulica, pneumática, gás) nos disjuntores relacionados.
Funções de Bloqueio de Pressão: Quando um comando de disparo ou fechamento é recebido, o controlador implementa funções de bloqueio de pressão para impedir operações inseguras. Se a pressão estiver abaixo de um limiar seguro, o controlador bloqueará a execução do comando para proteger o disjuntor. Essas funções de bloqueio garantem que o disjuntor opere apenas em condições seguras.
Circuitos de Disparo e Fechamento Segmentados por Fase
O Controlador de Disjuntor geralmente fornece circuitos de disparo e fechamento segmentados por fase, permitindo o controle independente de cada fase. Para um disjuntor trifásico, o controlador geralmente inclui:
Uma Bobina de Fechamento: Usada para fechar todas as três fases simultaneamente.
Duas Bobinas de Disparo: Uma para disparo monofásico e outra para disparo trifásico. Este design permite um controle flexível e preciso do disjuntor, dependendo dos requisitos específicos do sistema de energia.
Conclusão
O Controlador de Disjuntor é um componente vital em subestações modernas, ponteando a lacuna entre disjuntores analógicos tradicionais e sistemas de comunicação digital. Ao integrar recursos avançados, como comunicação de mensagens GOOSE, funcionalidade anti-pump e supervisão de bobinas, o controlador aumenta a confiabilidade, segurança e eficiência das operações de disjuntores de alta tensão. Sua capacidade de coletar dados em tempo real e executar comandos de controle garante que as subestações possam operar suavemente, mesmo em ambientes de energia complexos e dinâmicos.
