Baixe GPC XXI SNPTEE Floripa - gpc 14 e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! (*) Rua Deputado Antônio Edu Vieira, n˚ 999 – Pantanal – CEP 88.040-901 Florianópolis, SC – Brasil Tel: (+55 48) 3231-7647 – Fax: (+55 48) 3234-8950 – Email: silvia.higashi@eletrosul.gov.br XXI SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Versão 1.0 23 a 26 de Outubro de 2011 Florianópolis - SC GRUPO –GPC GRUPO DE ESTUDO DE PROTEÇÃO, MEDIÇÃO, CONTROLE E AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE POTÊNCIA - GPC CONCEPÇÃO, DESENVOLVIMENTO E CONFIGURAÇÃO DO NÍVEL 2 DE UM SISTEMA DIGITAL DE SUPERVISÃO E CONTROLE DE USINAS HIDRELÉTRICAS – UMA NOVA REALIDADE NA ELETROSUL Silvia Simões Costa Higashi(*) Luis Francisco Andrade Gonzalo Humeres Ana Gabriela Azevedo ELETROSUL ELETROBRÁS RESUMO Este trabalho apresenta as abordagens adotadas e as dificuldades encontradas na concepção, desenvolvimento e configuração do nível 2 do Sistema Digital de Supervisão e Controle (SDSC) de uma PCH inerentes a um primeiro empreendimento na área de geração na ELETROSUL, após sua retomada à condição de participante do segmento de geração de energia elétrica no Brasil. São apresentados as etapas de desenvolvimento, os critérios adotados pela empresa e as ferramentas e automatismos desenvolvidos para configuração do nível 2 do SDSC de uma usina. Os padrões criados e as ferramentas desenvolvidas estão sendo validados no primeiro empreendimento de geração da ELETROSUL, a PCH Barra do Rio Chapéu, e seus resultados estão descritos neste trabalho. A arquitetura de SDSC é apresentada. Tem-se como expectativa a aplicação e refinamento do trabalho desenvolvido nos próximos empreendimentos de geração da ELETROSUL que já estão em andamento. PALAVRAS-CHAVE Sistema Digital de Supervisão e Controle, Usina-Hidrelétrica, SCADA 1.0 - INTRODUÇÃO O cenário atual do setor elétrico brasileiro, fortemente competitivo e sujeito a perda de receita por indisponibilidade, conduz a soluções de engenharia que diminuem custos de implantação, operação e manutenção de seus ativos de geração, transmissão e distribuição. As concessionárias, operadoras e investidores estão buscando obter o máximo em confiabilidade na operação de suas usinas, a redução de custos de manutenção e a utilização mais eficiente de suas unidades geradoras, visando atender aos contratos para fornecimento de energia elétrica firmados com seus clientes e cumprindo as determinações dos órgãos reguladores, tanto do setor elétrico quanto ambiental. As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH´s) representam um dos principais focos de prioridade da ANEEL no que se refere ao aumento da oferta de energia elétrica no Brasil. Por suas características - usinas com potência instalada superior a 1 MW e igual ou inferior a 30 MW e com o reservatório com área igual ou inferior a 3 Km², esse tipo de empreendimento possibilita um melhor atendimento às necessidades de carga de pequenos centros urbanos e regiões rurais. A partir de 1998 a construção destas unidades de geração foi incrementada por meio de uma série de mecanismos legais e regulatórios [1]. 2 Este artigo apresenta uma solução de engenharia de automação de uma Pequena Central Hidrelétrica – PCH que marca a retomada da ELETROSUL na geração de energia elétrica após sua retirada do Programa Nacional de Desestatização – PND. Os resultados alcançados neste primeiro empreendimento de geração da empresa, no que se refere aos seus sistemas de automação, são apresentados e avaliados neste trabalho e servirão de referência para o desenvolvimento dos próximos empreendimentos. 2.0 - HISTÓRICO E RESPONSABILIDADES Em 2004 as empresas do Grupo Eletrobrás, foram retiradas do Programa Nacional de Desestatização. A ELETROSUL, que estava impedida de atuar na área de geração desde sua cisão em 1998, voltou a participar de novos empreendimentos na área de geração. Visando assegurar a implantação dos empreendimentos de geração, foi criado na empresa o Departamento de Engenharia de Geração, DEG, vinculado à diretoria de Engenharia da Eletrosul, responsável pelos estudos e projetos de engenharia e pela execução de obras de geração. O primeiro empreendimento na área foi a PCH Barra do Rio Chapéu, localizada no rio Braço do Norte, na divisa entre os municípios Rio Fortuna e Santa Rosa de Lima, em Santa Catarina. A PCH Barra do Rio Chapéu terá dois Geradores de corrente alternada, síncronos de eixo horizontal e potência nominal de 8,420 MVA, cada. A interligação da PCH ao sistema elétrico será realizada através de uma linha de transmissão de 69kV, que interligará a Subestação da PCH Barra do Rio Chapéu (69 kV) à Subestação Braço do Norte, de propriedade da CELESC. Neste empreendimento foi contratada uma empresa externa para a execução do projeto básico, que incluiu a elaboração das especificações técnicas. A Engenharia do Proprietário é responsabilidade da Eletrosul, assim como a análise de projeto do empreendimento. Para o Projeto Executivo foi contratado um Consórcio, formado pelas empresas Comax Construtora, Orteng e MFX. Coube ao Setor de Engenharia de Automação, Supervisão e Controle, do Departamento de Engenharia de Sistemas, DES, responsável pela área de Sistemas Digitais de Supervisão e Controle do sistema de transmissão da Eletrosul, a responsabilidade pela concepção, desenvolvimento e configuração do nível 2 do Sistema Digital de Supervisão e Controle desta PCH e demais empreendimentos de geração. 3.0 - SISTEMA DIGITAL DE SUPERVISÃO E CONTROLE Os níveis hierárquicos dos Sistemas Digitais de Proteção e Controle - SDSCs estão apresentados esquematicamente na Figura 1: Figura 1 – Níveis hierárquicos do SDSC 5 • Telas de Proteção: seguindo ainda a filosofia da transmissão, foram desenvolvidas Telas de Proteção, que consistem em telas simplificadas, onde estão agrupados os pontos que geram trip no sistema. A Figura 3 apresenta a Tela de Proteção desenvolvida para a UH Barra do Rio Chapéu. Figura 3 – Tela de Proteção UH Barra do Rio Chapéu A pedido da área de operação foram preservadas as descrições de alarmes comuns ao sistema de transmissão. Os alarmes criados passaram por análise das áreas de operação e pós-operação da empresa, que definiram, para cada novo alarme, as características listadas anteriormente. Os padrões de descrição e tratamento de eventos e alarmes estão presentes no dicionário da Planilha de Parametrização do SDSC (PPS) de usinas hidrelétricas (Figura 4). A PPS consiste em um documento com a função de integrar Supervisão, Controle e Proteção em um mesmo documento de projeto, servindo como uma interface, já bem definida na Eletrosul, entre a área de projeto elétrico e o SDSC. Visando benefícios como a minimização do tempo de desenvolvimento da configuração e a redução dos erros inerentes ao processo de desenvolvimento, foram desenvolvidas ferramentas a partir da PPS que geram automaticamente a configuração do sistema supervisório SAGE no que diz respeito às descrições e tratamento dos alarmes. Sub-rotinas pré-definidas foram desenvolvidas na forma de macros, através do editor Visual Basic disponível no Excel. Sendo assim, sem sair do “ambiente de projeto”, o usuário ativa as macros que geram a configuração da base de dados (Figura 4). 5.0 - SDSC DA PCH BARRA DO RIO CHAPÉU É importante ressaltar que durante todo o processo de concepção, desenvolvimento e testes do SDSC houve uma grande cooperação entre as áreas de engenharia, manutenção e operação da ELETROSUL, e a ORTENG. A Orteng foi a empresa fornecedora dos equipamentos de proteção e controle e responsável pela configuração e integração dos IEDs e pela arquitetura de comunicação. A Figura 5 apresenta a arquitetura do SDSC da PCH Barra do Rio Chapéu. As UCSs redundantes, modelo ARK 5280, operam em modo principal e reserva e aquisitam os dados das UACs e UPs. As UACs são GE, modelo PLCnRX 3i e as UPs GE G30. Trata-se de uma arquitetura simplificada, visando redução de custos e competitividade. Estima-se que a PCH será operada localmente no primeiro ano e telecontrolada a partir do COG da ELETROSUL após um ano da entrada em operação. 6 Figura 4 – Ferramentas de configuração de base de dados disponíveis através de macros 5.1. Telas de Operação Nas telas de operação foram utilizadas figuras reais dos componentes da usina e os aspectos de navegação entre as telas foram definidos em conjunto com a área de operação. Através das consoles de operação estão disponíveis as funções de partida e parada das máquinas, supervisão e controle das unidades geradoras, geração de curva de capabilidade das unidades, ativação das seqüências de partida e parada passo-a-passo e automáticas, parada de emergência, supervisão do SDSC, etc. A Figura 6 apresenta algumas das telas do empreendimento. Na fase de elaboração das telas, a dificuldade foi definir um padrão inicial das telas para operação das usinas, uma vez que estas contêm mais informações se comparadas às telas de subestações, consideradas como padrão até então. Outro desafio foi manter em tela apenas as informações relevantes para a operação, retirando-se informações que porventura pudessem “poluir” e tirar o foco principal da tela. Figura 5 – Arquitetura do SDSC da PCH Barra do Rio Chapéu 7 Dificuldades durante a configuração das telas foram verificadas devido a restrições no editor gráfico do SAGE, que limita a utilização de animações nas telas do supervisório, uma característica comum em telas de sistemas supervisórios de usinas e que facilitam a compreensão do sistema pelo operador. Figura 6 – Telas do sistema supervisório SAGE da UHBC Barra do Rio Chapéu Uma plataforma de testes foi montada em laboratório para que as áreas técnicas envolvidas da empresa pudessem avaliar, testar e validar as soluções implementadas antes do início dos testes de aceitação em fábrica. 5.2. Testes de Aceitação em Fábrica Para garantir plenamente o atendimento a todos os requisitos exigidos, durante os testes de aceitação em fábrica dos SDSCs avaliados pela ELETROSUL é seguido um Plano de Inspeções e Testes – PIT, que define os procedimentos de inspeções e testes a serem realizados de forma a comprovar sua conformidade com os procedimentos de rede do ONS e a atender aos requisitos de desempenho da ELETROSUL. Os requisitos incluem