Solução de Proteção Baseada em Microcomputador para Transformadores
- Contexto e Desafios Principais
Os transformadores são componentes críticos dos sistemas de energia, e a sua operação confiável é essencial para a segurança da rede. A proteção convencional de transformadores enfrenta múltiplos desafios técnicos, incluindo a identificação de correntes de curto-circuito internas, a discriminação de correntes de inrush, a proteção contra sobrecarga e problemas de saturação do TC. Em particular, a proteção diferencial percentual convencional é suscetível à interferência harmônica, o que pode levar ao mal funcionamento ou falha de operação do sistema de proteção, comprometendo severamente a estabilidade do sistema.
2. Visão Geral da Solução
Esta solução utiliza tecnologia avançada de proteção baseada em microcomputador, integrando múltiplas técnicas para alcançar uma proteção abrangente do transformador. Ela consiste em três módulos principais: proteção diferencial com restrição harmônica, sistema de detecção adaptativa de saturação do TC e sistema de proteção integrada de monitorização de temperatura por fibra óptica.
2.1 Tecnologia de Proteção Diferencial com Restrição Harmônica
Utilizando a tecnologia de bloqueio de segunda harmônica, este método distingue eficazmente as correntes de falha das correntes de inrush através da detecção em tempo real do conteúdo de segunda harmônica nas correntes diferenciais. As características-chave incluem:
- Limite ajustável de conteúdo harmônico (15%-20%) adaptado às características do transformador.
- Análise harmônica baseada em transformada de Fourier garantindo a precisão da detecção.
- Lógica de bloqueio dinâmico para prevenir o mal funcionamento da proteção.
Resultados da Aplicação: Num caso de proteção de transformador de ultra-alta tensão de 765kV, esta tecnologia reduziu as taxas de mal funcionamento em 82%, aumentando significativamente a confiabilidade da proteção.
2.2 Sistema de Detecção Adaptativa de Saturação do TC
Com base na análise de distorção da forma de onda da corrente e na monitorização pré-falha da carga do TC, este sistema ajusta dinamicamente os coeficientes de restrição:
- Monitoriza o estado de operação do TC em tempo real para identificar as características de saturação.
- Emprega o cálculo da taxa de distorção da forma de onda para um julgamento preciso da saturação.
- Ajusta dinamicamente os parâmetros de proteção para garantir a confiabilidade em condições de saturação.
Métricas de Desempenho: Nas aplicações de UHV, este método garante a operação confiável mesmo sob saturação severa do TC, reduzindo o tempo de operação para dentro de 12ms e melhorando significativamente a velocidade de resposta a falhas.
2.3 Sistema Integrado de Proteção de Monitorização de Temperatura por Fibra Óptica
Sensores de fibra óptica distribuídos são incorporados em locais críticos de enrolamentos do transformador para monitorização em tempo real da temperatura:
- Medição direta das temperaturas de pontos quentes dos enrolamentos com precisão de ±1°C.
- Limiares de temperatura em múltiplos níveis (por exemplo, configuração de disparo de 140°C).
- Integração com a proteção diferencial para acionamento acelerado com base na temperatura.
- Ativação automática do sistema de resfriamento para prevenir o aumento de temperatura.
Resultados Práticos: A implementação numa estação conversora prolongou a vida útil do transformador em 30% e previu falhas de isolamento causadas por superaquecimento.
3. Vantagens Técnicas
- Confiabilidade Aumentada: Múltiplos mecanismos de proteção trabalham juntos para mitigar as deficiências de uma única proteção.
- Resposta Rápida: Algoritmos de processamento de dados de alta velocidade reduzem significativamente o tempo de operação.
- Adaptabilidade: Ajuste automático dos parâmetros de proteção com base nas condições de operação.
- Proteção Preventiva: A monitorização da temperatura permite a previsão de falhas, transformando a proteção passiva em prevenção ativa.
4. Casos de Aplicação
Esta solução foi implantada com sucesso em múltiplos projetos de UHV e subestações de ultra-alta tensão de 765kV. Os dados operacionais mostram:
- Taxa de operação correta de 99,98%.
- Tempo médio de identificação de falhas reduzido em 40%.
- Incidentes de mal funcionamento diminuídos em mais de 85%.
- Prolongamento significativo da vida útil do equipamento.
