Como um Controlador de Religador realiza a localização de falhas, o isolamento e a restauração do serviço na rede de distribuição?

O objetivo principal do tratamento de falhas na rede de distribuição é isolar as falhas e restaurar o fornecimento de energia no menor tempo possível. Como a unidade inteligente central da automação de distribuição, o controlador de religador trabalha em coordenação com seccionalizadores, outros religadores ou o sistema da estação mestra para alcançar um ciclo fechado totalmente automatizado desde a "detecção de falhas → determinação da natureza → isolamento preciso → restauração do serviço". Este artigo fornece uma análise sistemática de seu papel central e lógica de implementação.

Controlador de Religador Avançado

I. Base Central: A Capacidade "Autônoma" do Controlador de Religador

Um religador é um dispositivo de chaveamento de alta tensão com funções de controle e proteção autônomas. Seu controlador pode completar independentemente a detecção de falhas, o disparo e as operações de múltiplo religamento sem a necessidade de um dispositivo de proteção por relé independente externo.

Deve ser esclarecido que "autônomo" não significa completamente independente de suporte externo: os controladores de religador modernos geralmente requerem um transformador de tensão externo (TV/PT) para fornecer sinais de tensão e energia de operação. Alguns modelos usam extração de energia PT, baterias, supercapacitores ou extração de energia TA como fontes de energia de operação, e apenas não requerem um dispositivo de proteção por relé independente adicional.

Suas capacidades centrais incluem:

• Detecção de falhas e disparo: Detecta automaticamente a corrente da linha e, ao confirmar uma falha, interrompe a corrente de falha de acordo com as características de proteção de tempo inverso;

• Múltiplo religamento: Realiza operações de múltiplo religamento de acordo com uma sequência predefinida (como "um rápido, dois lentos", "dois rápidos, dois lentos", "um rápido, três lentos", etc.) para distinguir falhas transitórias (como raios ou galhos de árvores tocando as linhas) de falhas permanentes (como condutores rompidos ou ruptura de isolamento);

• Bloqueio e reinício automáticos: Reinicia automaticamente após um religamento bem-sucedido para uma falha transitória; após completar o número predeterminado de operações de religamento para uma falha permanente, bloqueia no estado aberto para isolar a seção com falha.

Controlador de Religador | Proteção ANSI C37.60 & DNP3.0

II. Pré-requisito Chave: O Limite de Capacidade Entre Religadores e Seccionalizadores

A coordenação entre religadores e seccionalizadores (também conhecidos como chaves seccionalizadoras) é a base da automação de alimentadores em modo local (FA). O limite de capacidade entre os dois deve ser estritamente distinguido:

• Religador: Tem a capacidade de interromper a corrente de curto-circuito e pode completar independentemente as operações de eliminação de falhas e religamento;

• Seccionalizador: Só pode interromper a corrente de carga, não a corrente de curto-circuito. Depende do religador/disjuntor a montante para eliminar a falha, e é responsável apenas por isolar a seção com falha.

Compreender este limite é o pré-requisito para dominar a lógica subsequente de localização e isolamento de falhas.

III. Modos Centrais de Coordenação para Localização e Isolamento de Falhas

1. Tipo Tensão-Tempo (Baseia-se na Coordenação de Sequência Temporal, Não Requer Comunicação)

Este modo utiliza as características do seccionalizador de "abrir na perda de tensão e fechar com atraso na tensão restaurada", coordenado com a segunda operação de religamento do disjuntor de saída da subestação.

Parâmetros chave:

• Tempo X (atraso de fechamento): Deve ser maior que o tempo de disparo do disjuntor do lado da fonte, e deve ser menor que o atraso do segundo religamento. Os tempos X dos seccionalizadores devem aumentar em etapas para evitar o fechamento simultâneo. As configurações típicas são 7 s, 14 s, 21 s, etc. (chaves seccionalizadoras: 5–7 s; chaves de interligação: 12–18 s), com uma diferença de etapa de geralmente 7 s entre chaves seccionalizadoras adjacentes;

• Tempo Y (tempo de bloqueio de detecção de falha): Deve ser menor que o atraso do segundo religamento do religador do lado da fonte para garantir que a determinação da falha seja concluída antes do segundo religamento. As configurações típicas são 5 s ou 10 s.

Processo de operação:

• A falha causa um disparo, toda a linha perde tensão e os seccionalizadores abrem automaticamente;

• ```

  O religador realiza seu primeiro religamento (o atraso do primeiro religamento do disjuntor de saída da subestação é tipicamente de 15 a 20 segundos, o que deve ser maior que o tempo de carga do religamento), e os seccionalizadores fecham sequencialmente com atraso de acordo com seus tempos X;

• Após o fechamento de um seccionalizador, se for detectada novamente uma perda de tensão dentro do tempo Y (ou seja, o fechamento no ponto de falha faz com que o disjuntor a montante dispare), a seção em que ele está localizado é determinada como a seção com falha, e ele bloqueia automaticamente e não responde mais à tensão restaurada para fechamento; se a tensão for mantida além do tempo Y, a seção é determinada como uma seção normal e permanece fechada;

• O religador realiza seu segundo religamento. As seções sem falha no lado da fonte têm a energia restaurada, enquanto a seção com falha permanece aberta devido ao bloqueio. As seções sem falha no lado da carga são restauradas através do suprimento de transferência a partir da chave de interligação.

Tempo de isolamento de falha: Depende das configurações de tempo X/Y, tipicamente de 20 a 60 segundos. Múltiplas operações de religamento são necessárias, causando múltiplos impactos de corrente de curto-circuito no sistema.

2. Tipo de Contagem de Pulsos de Sobrecorrente (Baseia-se na Contagem de Corrente, Não Requer Comunicação)

O seccionalizador registra o número de vezes que o religador a montante interrompe a corrente de falha, e abre e bloqueia automaticamente após atingir um valor predefinido.

Processo de operação (tomando uma contagem predefinida de 2 como exemplo):

• Ocorre uma falha, o religador dispara, e o seccionalizador registra o pulso de sobrecorrente 1 (valor predefinido não atingido, permanece fechado);

• O religador realiza seu primeiro religamento, fecha novamente no ponto de falha e dispara, e a contagem do seccionalizador atinge 2. Durante o intervalo sem corrente (com a linha desenergizada e corrente abaixo de 300 mA), o seccionalizador abre e bloqueia automaticamente, completando tipicamente a operação de abertura dentro de 180 ms;

• O religador realiza seu segundo religamento, o seccionalizador permanece aberto, a seção com falha é isolada, e as seções saudáveis têm a energia restaurada.

Princípio de configuração de contagem: O valor de contagem predefinido do seccionalizador deve ser um a menos que o número de operações de religamento antes que o religador bloqueie, garantindo que o seccionalizador complete a abertura e o isolamento antes que o religador finalmente bloqueie.

Lógica de reinicialização da contagem: Se o religamento for bem-sucedido, a contagem do seccionalizador deve ser zerada para se preparar para a próxima falha.

3. Tipo Distribuído Inteligente (Baseia-se na Comunicação de Terminais, Resposta de Alta Velocidade)

Através da comunicação de fibra óptica de alta velocidade (ou comunicação de baixa latência, como 5G) entre terminais de distribuição, as informações de falha são trocadas e o julgamento lógico autônomo é realizado para isolar a área com falha antes que o disjuntor de saída da subestação opere.

Vantagens principais: Localização e isolamento precisos em uma única etapa. Tempo de isolamento de falha: Para o tipo FA distribuído de alta velocidade, o tempo de isolamento do interruptor a montante ≤ 200 ms, e o tempo de restauração da área sem falha ≤ 5 s; para o tipo de baixa velocidade, o tempo de isolamento ≤ 5 s, e o tempo de restauração ≤ 45 s (de acordo com a DL/T 1910-2018 "Especificação Técnica para Automação de Alimentadores Distribuídos de Redes de Distribuição"). Não depende do religamento da subestação e evita múltiplos impactos de corrente de curto-circuito;
Limitações: Depende da comunicação por fibra óptica ou 5G de baixa latência, resultando em custos mais elevados. A confiabilidade é afetada pela qualidade da comunicação. Adequado para áreas como distritos urbanos centrais com altos requisitos de qualidade de energia.

4. Modo de Coordenação Religador + Religador (Cenário de Operação de Rede em Anel de Malha Aberta)

Em uma rede de distribuição operando como uma rede em anel de malha aberta, o isolamento de falha é alcançado através de configurações escalonadas de atraso de abertura por perda de tensão e atraso de fechamento.

Lógica de operação: O religador de saída, os religadores intermediários e o religador de interligação coordenam-se através de configurações de atraso. Durante uma falha, o religador mais próximo da falha dispara rapidamente, enquanto os religadores mais distantes da falha disparam após um atraso. O religador de interligação, ao detectar perda de tensão em um lado, fecha após um atraso para restaurar o suprimento de transferência para as seções sem falha.

Vantagem principal: Em comparação com o modo "religador + seccionalizador", pode reduzir o escopo da interrupção que afeta as seções sem falha, tornando-o adequado para cenários complexos com suprimento em rede em anel.

IV. Lógica de Implementação da Restauração de Serviço

A restauração de serviço é dividida em duas categorias: restauração automática para falhas transitórias e restauração por transferência para falhas permanentes.

Falhas transitórias: Após o religador religar com sucesso, a linha restaura diretamente o suprimento de energia sem operações adicionais.

Falhas permanentes: Após a seção com falha ser isolada, as áreas sem falha são restauradas das seguintes maneiras:

• Área sem falha no lado da fonte: A energia é restaurada diretamente após o segundo religamento do religador;

• Área sem falha no lado da carga: A chave de interligação detecta a perda de tensão em um lado e fecha após um atraso (o atraso deve ser maior que o tempo de isolamento da falha para evitar o fechamento sobre o ponto de falha), restaurando o suprimento por meio da transferência da linha adjacente.

V. Comparação das Características Técnicas e Cenários Aplicáveis

Como a unidade inteligente central para o tratamento de falhas na rede de distribuição, o controlador do religador opera em coordenação com seccionalizadores, outros religadores ou o sistema da estação mestra para realizar um ciclo fechado totalmente automatizado, desde a "detecção da falha → determinação da natureza → isolamento preciso → restauração do serviço". Com o desenvolvimento das redes de distribuição inteligentes, os controladores de religadores estão se integrando profundamente com as FTUs e os sistemas da estação mestra, reduzindo o tempo de tratamento de falhas do "nível de horas" para o "nível de minutos" ou até mesmo o "nível de segundos", melhorando significativamente a confiabilidade do fornecimento de energia.

No futuro, com a integração em larga escala de recursos de energia distribuída, os controladores de religadores precisarão se adaptar a estratégias de religamento adaptativo coordenadas com a geração distribuída para evitar riscos de fechamento assíncrono. Ao mesmo tempo, ao combinar comunicação 5G, gêmeo digital e outras tecnologias, a capacidade de autorrecuperação de falhas das redes de distribuição será ainda mais aprimorada. Além disso, a FA integrada adaptativa pode realizar a seleção e o isolamento de seções de falhas à terra por meio de critérios de tensão/corrente de sequência zero, compensando a limitação de que a FA tradicional de tensão-tempo não possui capacidade de tratamento de falhas à terra.

Editado a partir de: Garca