Solução de Proteção Baseada em Microcomputador: Relé de Proteção de Barramento

1. Visão Geral

A proteção de barras é um componente crítico da proteção do sistema de energia, cumprindo a missão essencial de isolar rapidamente falhas nas barras e prevenir a propagação de falhas. Com o avanço da construção de redes inteligentes, a proteção de barras enfrenta desafios duplos: interferência de saturação dos transformadores de corrente (TC) e atrasos de comunicação em arquiteturas distribuídas. São necessárias soluções tecnológicas inovadoras para garantir a confiabilidade e a velocidade dos sistemas de proteção.

2. Análise dos Desafios Principais

2.1 Risco de Falso Acionamento devido à Saturação do TC

Os transformadores de corrente são propensos à saturação durante falhas próximas às barras, causando distorção severa das correntes secundárias. Algoritmos de proteção tradicionais podem errar na identificação de falhas devido a distorções de amostragem. Especialmente em cenários complexos onde falhas externas evoluem para falhas internas, a capacidade anti-saturação afeta diretamente a confiabilidade do sistema de proteção.

2.2 Atrasos de Comunicação em Arquiteturas Distribuídas

Subestações modernas adotam arquiteturas de proteção distribuídas, onde os atrasos de transmissão de dados entre as unidades centrais e as unidades de baia afetam diretamente a velocidade de operação da proteção. Em sistemas de ultra-alta tensão (750kV e acima), atrasos de milissegundos podem impactar significativamente a estabilidade do sistema.

3. Soluções

3.1 Algoritmo Anti-Saturação Ponderado

Uma técnica de ponderação dinâmica é empregada para avaliação em tempo real da qualidade das correntes secundárias dos TC:

• ​Deteção de Saturação: Monitora as taxas de distorção da forma de onda da corrente em tempo real para identificar o início da saturação.
• ​Ponderação Dinâmica: Atribui pesos mais elevados a segmentos não saturados durante a fase inicial da falha e reduz automaticamente os pesos durante os segmentos saturados.
• ​Restauração de Dados: Utiliza interpolação com base em dados não saturados para restaurar correntes de falha precisas.

​Resultados da Aplicação: A implementação prática em uma subestação de 220kV mostrou que o algoritmo melhorou a identificação precisa da zona de falha para 99,8%. O tempo de limpeza de falhas na barra foi consistentemente mantido em 8-12ms, evitando efetivamente o falso acionamento devido à saturação do TC.

3.2 Sistema de Comunicação por Fibra Ótica Distribuído

Adota-se uma arquitetura de comunicação ponto-a-ponto de fibra ótica de alto desempenho:

• ​Atraso Determinístico: Links de fibra ótica dedicados garantem atrasos de transmissão estáveis.
• ​Sincronização de Relógio: Mecanismos de temporização precisos alcançam precisão de sincronização de valores de amostragem dentro de ±1μs.
• ​Configuração Redundante: Design de redundância de rede dupla aumenta a confiabilidade da comunicação.

​Validação: Os dados operacionais de uma subestação inteligente de 750kV mostraram que os atrasos de comunicação entre as unidades central e de baia foram inferiores a 1ms, com uma taxa de operação correta de 100%, atendendo aos requisitos rigorosos de sistemas de ultra-alta tensão para a velocidade de proteção.

3.3 Tecnologia de Barra Virtual

A topologia de barra definida por software permite configuração flexível:

• ​Modelagem Gráfica: Ferramentas visuais definem as relações de conectividade do equipamento primário.
• ​Suporte de Biblioteca de Modelos: Inclui modelos de topologia padrão como segmentação de dupla barra, esquema de seccionador 3/2 e barra anelada.
• ​Reconfiguração Online: Permite ajuste adaptativo da lógica de proteção sem interrupção de energia.

​Ganhos de Eficiência: A aplicação prática em uma estação conversora reduziu o tempo de configuração de proteção de 48 horas (métodos tradicionais) para 2 horas, evitando efetivamente erros de configuração manual e melhorando significativamente a eficiência da implementação do projeto.