Relé de Proteção de Linha Solução de Proteção de Linha Baseada em Microcomputador

1. Resumo e Contexto​
   Com o aumento da complexidade das estruturas de rede elétrica, especialmente o desenvolvimento da transmissão de corrente contínua de ultra-alta tensão (UHVDC), a integração em larga escala de energia renovável e múltiplas linhas de transmissão paralelas, os requisitos de desempenho para a proteção de linhas de transmissão atingiram níveis sem precedentes. O desafio central reside em equilibrar duas demandas críticas: garantir uma operação extremamente rápida dos dispositivos de proteção durante falhas para manter a estabilidade do sistema, ao mesmo tempo que se garante uma alta seletividade para evitar disparos desnecessários e a propagação de falhas. Esta contradição é particularmente evidente em configurações de rede complexas, como linhas duplas paralelas, onde os princípios de proteção unilaterais tradicionais enfrentam limitações significativas.

Esta solução aproveita a tecnologia avançada de proteção baseada em microcomputador, integrando três módulos principais: proteção de distância por variação de frequência de potência, localização de falhas por ondas viajantes de duplos terminais e estratégias de religamento automático adaptativo. Visa melhorar de forma abrangente a confiabilidade, velocidade e inteligência da proteção de linhas, fornecendo um suporte crucial para a construção de uma rede robusta e inteligente.

​2. Análise do Desafio Central​

• ​Conflito entre velocidade e seletividade: Os esquemas de proteção tradicionais frequentemente requerem operação com atraso para garantir seletividade, conflitando com a necessidade de isolamento rápido de falhas para manter a estabilidade do sistema.
• ​Localização precisa de falhas em linhas duplas paralelas: A indutância mútua entre as linhas duplas complica as características de falha, reduzindo significativamente a precisão dos métodos de localização de falhas tradicionais e dificultando a identificação de falhas e a restauração de energia.
• ​Incerteza introduzida pela integração de energia renovável: A integração de parques eólicos e solares altera os níveis e as características de corrente de curto-circuito, podendo causar mal funcionamento ou falha na proteção. Além disso, as flutuações de saída desafiam o sucesso das estratégias de religamento automático.

​3. Tecnologias Centrais da Solução​

​3.1 Proteção de Distância por Variação de Frequência de Potência (ΔZ Protection)​​

• ​Princípio Técnico: Esta tecnologia não é afetada pela corrente de carga durante a operação normal do sistema. Calcula a impedância de falha usando apenas as variações de frequência de potência de tensão e corrente geradas no instante da falha. Com limiares de início elevados, é inerentemente direcional, altamente seletiva e insensível a oscilações do sistema e resistência de transição.
• ​Vantagens de Desempenho:
• Operação de ultra-alta velocidade: Resposta extremamente rápida, com tempos típicos de operação inferiores a 10ms.
• Alta confiabilidade: Evita efetivamente o mal funcionamento devido à influência da corrente de carga.
• ​Caso de Aplicação: Em uma linha de transmissão UHVDC de ±800kV, esta tecnologia reduziu o tempo total de isolamento de falhas (operação de proteção + disparo do disjuntor) para falhas próximas a menos de 80ms, aumentando significativamente a estabilidade transitória do sistema UHVDC.

​3.2 Localização de Falhas por Ondas Viajantes de Duplos Terminais​

• ​Princípio Técnico: Uma falha gera ondas viajantes que se propagam em ambas as direções da linha. Usando relógios GPS/BDS de alta precisão sincronizados, os dispositivos de proteção em ambos os terminais registram com precisão os tempos de chegada das ondas viajantes iniciais de corrente (t1 e t2). A localização da falha é calculada com precisão usando a fórmula L = (v * Δt) / 2, onde v é a velocidade da onda e Δt = |t1 - t2|.
• ​Vantagens de Desempenho:
• Precisão de ultra-alta: A localização de falhas é pouco afetada pela indutância mútua da linha, modo de operação do sistema, resistência de transição ou saturação do transformador de corrente (TC).
• Independência de parâmetros: Não depende de parâmetros de impedância da linha, eliminando erros causados por parâmetros imprecisos nos métodos tradicionais baseados em impedância.
• ​Caso de Aplicação: A implementação em uma linha dupla de 500kV no mesmo poste reduziu o erro de localização de falhas a menos de 200 metros, aumentando a precisão em mais de 80% em comparação com os métodos tradicionais de impedância unilaterais. Isso facilita enormemente a identificação rápida de falhas e a manutenção.

​3.3 Estratégia de Religamento Automático Adaptativa​

• ​Princípio Técnico: O dispositivo de proteção baseado em microcomputador distingue inteligentemente os tipos de falhas (transitórias ou permanentes):
1. ​Falhas transitórias: Após o disparo, a resistência dielétrica da linha se recupera automaticamente. O dispositivo detecta a recuperação da isolação e emite prontamente um comando de religamento.
2. ​Falhas permanentes: O dispositivo detecta a falha persistente e bloqueia o religamento para evitar o disparo secundário do disjuntor, garantindo a segurança do equipamento.
   Além disso, a estratégia ajusta dinamicamente o tempo morto do religamento automático com base nas condições do sistema em tempo real (por exemplo, participação de saída de energia renovável) para corresponder às características de recuperação do sistema.
• ​Vantagens de Desempenho:

• Taxa de sucesso aumentada: Evita o religamento em falhas permanentes, aumentando significativamente a taxa de sucesso do religamento automático e a confiabilidade do fornecimento de energia.
• Redução do impacto: Previne choques secundários desnecessários ao sistema, protegendo o equipamento.

• ​Caso de Aplicação: A implementação em uma linha de saída crítica de um parque eólico aumentou a taxa de sucesso do religamento automático de 72% para 93%, reduzindo efetivamente as desconexões de aerogeradores causadas por falhas transitórias na linha.

​4. Resumo do Valor da Solução​
Esta solução integrada de proteção baseada em microcomputador entrega valor central aos clientes através da aplicação sinérgica de suas três tecnologias principais:

1. ​Maior estabilidade do sistema: A proteção de ultra-alta velocidade isola rapidamente as falhas, garantindo tempo crítico para manter a estabilidade da rede.
2. ​Aumento da confiabilidade do fornecimento de energia: O religamento automático inteligente maximiza a restauração de energia, reduzindo a duração e as perdas de interrupção.
3. ​Aumento da eficiência operacional: A localização de falhas de alta precisão transforma a manutenção de "patrulhamento de linha" em "inspeção pontual", reduzindo significativamente os custos e o tempo de investigação.
4. ​Adaptabilidade a novos sistemas de energia: Seu desempenho excepcional a torna altamente adequada para cenários modernos de rede complexa, incluindo UHVDC, integração de energia renovável e linhas multi-circuitos.