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Com os baixos níveis de água dos reservatórios, o sistema elétrico brasileiro fica propenso a blecautes, tornando imprescindível que as indústrias mantenham sistemas próprios de geração de energia. Mas se os seus geradores não forem capazes de suportar as cargas em operação, corre-se o risco de um colapso de energia. Para detectar e minimizar esse problema, especialistas recorrem ao sistema de descarte de cargas, que seleciona e descarta as cargas menos prioritárias, garantindo a operação das áreas vitais à indústria e a continuidade da produção. 

A SEL finalizou, durante os primeiros meses de 2014 um sistema automático de descarte de cargas (load shedding system), SEL powerMAX®, para a Refinaria Henrique Laje (Revap) da Petrobras, em São José dos Campos (SP). A solução vai ao encontro da necessidade de manter a operação na indústria e foi desenvolvida durante dois anos, dedicados a estudos, desenvolvimento, testes e implantação do sistema.

Refinarias de petróleo trabalham com grandes quantidades de produtos inflamáveis a altas pressões e temperaturas, por isso, a manutenção da continuidade operacional durante um distúrbio é fundamental para reduzir impactos ambientais e riscos à segurança. “Em uma planta como a de uma refinaria, para restabelecer a carga necessária à produção, gastam-se vários dias e isso pode fazer com que a operação leve semanas até voltar à normalidade”, afirma Eduardo Zanirato, gerente de engenharia da SEL. 

O SEL powerMAX® garante a estabilidade do sistema elétrico, minimizando impactos na produção. Além do sistema de descarte de cargas, a solução também engloba mecanismos como controle de geração, sincronismo e detecção de ilhamentos. “A SEL possui engenheiros especialistas para desenvolver algoritmos e soluções para atender as diversas especificações técnicas de seus clientes. O sistema SEL powerMAX® é seguro e confiável pois trabalha em múltiplos cenários de operação da refinaria”, afirma Rafael Cardoso, líder técnico de proteção na SEL.

A confiabilidade do sistema de descarte de cargas SEL powerMAX® é garantida por meio de dois esquemas de atuação redundantes. O esquema primário trabalha por contingências e rejeita cargas previamente definidas baseado no déficit de potência de geradores ou conexões de interligação da concessionária de acordo com uma lista de prioridades pré-definidas pelo usuário. Entre a detecção da contingência e o comando para abertura do disjuntor são aproximadamente 30ms conforme os testes realizados. Porém, se o descarte por contingência não for ativado, entra em cena o segundo esquema baseado nos limites de subfrequência, ou em taxas de variação da frequência atuando como retaguarda do esquema primário. Outro diferencial do sistema desenvolvido pela engenharia da SEL é o suporte às contingências duplas.

“A manutenção da continuidade operacional durante um distúrbio é fundamental para reduzir impactos ambientais e riscos à segurança”

“O sistema responde a eventos simultâneos, com a capacidade de tratá-los e manter a correta operação do sistema, selecionando o montante certo de carga para descarte”, destaca Paulo Franco, engenheiro de automação na SEL. 

De acordo com Adriel Angelo Ferreira, engenheiro eletricista na Petrobras, responsável pelo projeto na Revap, o processo de descarte de cargas era feito de forma manual, com isso o tempo de resposta não era rápido o suficiente, fazendo com que o sistema elétrico ficasse sujeito a instabilidades ou até blecautes.  A área de Engenharia da SEL prestou toda a consultoria à Petrobras. “A colaboração e disponibilidade do pessoal da SEL foi fundamental para o sucesso do projeto. A competência de seus profissionais na busca por soluções customizadas às nossas necessidades foi um grande diferencial”, afirma Adriel.

O trabalho foi feito em conjunto com a Petrobras e com apoio da matriz da SEL. “Por se tratar de um sistema de extrema importância e multidisciplinar, foram necessários cinco meses de trabalho na sede da SEL, em Pullman, nos Estados Unidos. O desafio foi integrar uma grande quantidade de equipamentos e ainda assim obter um tempo de resposta de descarte de cargas adequado ao especificado, menor que 30ms no caso da Revap”, ressalta Cardoso. 

A SEL realizou serviços de estudos de estabilidade, parametrização e configuração de processadores de automação e relés de proteção, desenvolvimento de telas de supervisão, lógicas do sistema de descarte de cargas, e ensaios para validação do sistema em RTDS (Real Time Digital Simulator). “Participamos diretamente no desenvolvimento do projeto de painéis, na arquitetura de rede em IEC 61850, na elaboração da IHM (Interface Homem-Máquina), na configuração dos processadores de automação, nos estudos, na validação do sistema em fábrica, na instalação e comissionamento”, diz Cardoso. Na fase final, a companhia também executou a montagem e supervisão, além do startup e assistência pré-operação. 

O projeto desenvolvido pela SEL, também contemplou a infraestrutura. Fibras óticas foram instaladas nas subestações da Revap, com o objetivo de estabelecer o meio físico para as comunicações entre os relés e processadores de automação. Na fase final, foi feita a substituição dos relés existentes na refinaria, uma operação complexa e que exige cronograma rigoroso. “Em uma planta que está em operação, os riscos são muito maiores. Por isso a equipe de Engenharia da SEL fez um planejamento adequado de todas as etapas e instalou os novos relés gradualmente”, afirma Zanirato. 

Maratona de testes ratificam a qualidade 

A fase de testes é primordial para o funcionamento adequado de um sistema de descarte de cargas e minimizam contratempos no comissionamento, startup e operação. Segundo Adriel, da Revap, os inúmeros testes realizados contribuíram para o sucesso do sistema, garantindo a confiabilidade e a eficácia necessária. 

O sistema elétrico da refinaria foi simulado por meio de um RTDS (Real Time Digital Simulator), um simulador digital em tempo real. Realizada na fábrica da SEL, em Pullman, a simulação  desempenhada pelo RTDS exerce um papel fundamental, já que apenas as simulações estáticas não são suficientes para validar o sistema dinamicamente. Funcionando em loop com os equipamentos, o RTDS simula em tempo real o funcionamento dos geradores e do sistema elétrico, permitindo analisar como o sistema de descarte de cargas se comporta durante ocorrências. 

“Isto proporciona maior confiabilidade e segurança, sem mencionar que o usuário pode acompanhar em tempo real o funcionamento do sistema”, afirma Paulo Franco. A fase final de testes (comissionamento) foi realizada em um tempo significativamente reduzido, uma vez que os ensaios de simulação e os testes em laboratório já terem abordado falhas geralmente detectadas nessa etapa.

Sistema elétrico da Revap

Terceira maior refinaria do País, a Revap possui capacidade para processar 252 mil barris por dia, o que corresponde a 14% da produção do Brasil de derivados de petróleo. O sistema elétrico conta com uma subestação em 88kV alimentada por duas linhas de transmissão radiais (uma em operação). A unidade possui cinco geradores próprios, sendo três de 12,5 MVA movidos por turbinas a vapor, um de 28,7 MVA acionado por uma turbina a gás tipo heavy-duty e um de 28,7 MVA acionado por um turbo-expansor movido a gás de processo. A demanda média do sistema gira em torno de 56 MW.