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Modernização de Geradores

Retrofit da proteção de usinas hidrelétricas da Light traz inovações na proteção e no monitoramento de estator 

Ativo fundamental para o sistema elétrico, os geradores podem causar um grande impacto na estabilidade de uma região. Protegê-los é, portanto, de extrema importância para assegurar que o sistema de potência opere de maneira adequada e, ao mesmo tempo, uma forma de evitar custos desnecessários com manutenção corretiva ou perda de geração. Pensando nisso, a concessionária Light Energia realizou a modernização dos geradores da Usina Hidrelétrica Fontes Nova, no Complexo de Lajes, na cidade de Piraí, Rio de Janeiro. O projeto abrangeu um retrofit das proteções elétricas e mudou a forma como a proteção era feita, oferecendo um monitoramento constante.

Vista da usina do Rio de Janeiro

Segundo Paulo Lima, Coordenador de Engenharia de Aplicação da SEL, foi fornecida uma solução completa de proteção para toda unidade geradora, abrangendo proteção da máquina, transformador elevador, sistema de monitoramento da isolação do estator e sistema digital de registro de perturbações. 
De acordo com Renato Stavarengo, Engenheiro de Projetos da SEL que atuou neste projeto, a Light precisava fazer uma substituição de todo sistema de proteção das usinas geradoras, informação que é corroborada por Savio Telles da Silva, Engenheiro de Campo da Light que explicou que “os geradores da usina tinham um sistema de proteção antigo que eram da primeira geração de relés digitais e já estavam no fim de sua vida útil, sem peças de reposição”.
Telles ressalta a importância desses equipamentos, já que a concessionária precisa ter um bom índice de disponibilidade. “A proteção tem de atuar na hora certa e da maneira correta. Além disso, precisávamos nos adequar aos Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema (ONS) que opera o sistema interligado".
Conforme previsto no escopo do pacote, a SEL também forneceu os serviços de instalação dos novos painéis e comissionamento, sempre prezando pela qualidade e segurança da instalação. “Com a instalação do novo sistema de proteção foi possível abranger por completo os submódulo 2.7 e submódulo 2.6 do Procedimento de Rede de acordo com as especificações do ONS”.

O fornecimento para a Light abrangeu uma solução completa com relés de proteção: SEL-700G, SEL-787-4, SEL-2664 e SEL-2664S para a proteção da unidade geradora, na filosofia de Proteção Principal e Proteção Alternada. Também foi fornecido um painel com o SEL-Axion com a função de Registrador Digital de Perturbações, além de switches  SEL-2740S para SDN.

Proteção para o estator
No retrofit uma das principais inovações foi na proteção contra faltas à terra no estator para máquinas síncronas aterradas por alta impedância. O estator é um dos principais componentes do gerador e é onde toda a energia é gerada e disponibilizada para o sistema. Na Usina Fontes Nova, o sistema foi aplicado em três geradores A, B e C com potência nominal de 51MVA, 62MVA e 51MVA cada um, e capacidade total de geração instalada de 132 MW. Esta solução foi inclusive tema de um artigo que foi apresentado na XXV edição do Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica (SNPTEE), de 10 a 13 de novembro, em Belo Horizonte (MG).
O sistema pode gerar um alarme ou promover um desligamento do gerador se houver uma falta à terra ou uma isolação baixa, trazendo proteção e monitoramento contínuo do estator e de todo o sistema de aterramento. O método utilizado é o de injeção de um sinal multi-frequência, uma inovação frente aos tradicionalmente utilizados. Projetada para atuar em um ambiente crítico, essa tecnologia é robusta e pode ainda ser aplicada para geradores que compartilham o mesmo transformador elevador.
Outra questão importante é a junção do sistema de medição e de injeção em um mesmo equipamento. Isso possibilita que sejam adicionados novos tipos de monitoramento ao sistema e desobriga a necessidade de que os fabricantes da solução e do relé do gerador sejam os mesmos.

Equipamentos da SEL: proteção completa

O equipamento aplicado foi o SEL-2664S, um relé de proteção contra faltas à terra no estator já empregado pela Light em outras usinas. “Esse equipamento faz a medição e monitoramento de todo o sistema de aterramento, usando injeção de multi-frequência que traz maior confiabilidade à proteção. Possui uma medição precisa da condição de isolação do estator do gerador, enquanto equipamentos convencionais fazem uma medição aproximada” conta Lima.
Com pouco tempo em operação, o SEL-2664S detectou baixa isolação em uma das máquinas, que coincidiu com a manobra de um cubículo do serviço auxiliar. A equipe de manutenção realizou um ensaio no cubículo e confirmou a baixa isolação e o correto funcionamento do SEL-2664S. A proteção convencional que estava sendo usada em paralelo, baseada em terceiro harmônico, não identificou esta baixa isolação.
O sistema registra na memória de massa as medições de resistência de isolação e resistência do aterramento, permitindo um monitoramento contínuo das condições do estator do gerador. É possível acompanhar em tempo real a condição de isolação, o que proporciona grande segurança”, ressalta Lima.
A solução também é de fácil instalação e comissionamento de acordo com Lima: “houve um avanço em relação aos métodos tradicionais que exigiam várias medições e levantamentos durante o processo de comissionamento. O novo sistema possui um mecanismo de calibração automático do sistema que realiza as medições de todos os parâmetros”.

Redes Definidas por Software
Outra questão importante no projeto foi a implementação de tecnologia SDN, Redes Definidas por Software, para fazer a conexão da rede Light com a da Usina Fontes Nova. A SDN não estava contemplada no projeto inicial, mas a concessionária pôde, em contato com a SEL, verificar o quanto a substituição do switch tradicional pelo SEL-2740S (Switch de Rede Definida por Software), traria maior determinismo e segurança cibernética para sua operação.
Segundo Stavarengo, este foi o grande diferencial do projeto em termos de rede de comunicação. “Essa solução foi instalada na fronteira da subestação da Usina Fontes Nova com as outras redes do complexo de geração da região. O SEL-2740S solucionou um problema antigo que a Light possuía já que foi possível controlar todas as informações que trafegam para dentro e fora da subestação”.
Também fez parte da solução o fornecimento de registrador digital de pertubações (RDP). Essa solução foi baseada nos módulos de aquisição do SEL-2240 Axion com o SEL-3555 RTAC. "Este sistema permite registro de alta resolução das grandezas elétricas da subestação e das unidades geradoras no momento de uma ocorrência no sistema elétrico. Esses registros são então armazenados e ficam disponíveis automaticamente para análise", finaliza Lima.

Fonte: Interface 49