BR0210882B1 - Sistema para selecionar fontes de tensão e corrente para dispositivos de relé protetores para proteção e controle de sistemas de energia elétrica - Google Patents

Description

“SISTEMA PARA SELECIONAR FONTES DE TENSÃO E CORRENTE PARA DISPOSITIVOS DE RELÉ PROTETORES PARA PROTEÇÃO E CONTROLE DE SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA” Campo Técnico A presente invenção diz respeito, em termo geral, à aquisição de valores de tensão e de corrente de sistema de potência selecionados, usados por relés protetores e dispositivos semelhantes para a proteção e/ou a monitoração de sistemas de energia elétrica, e, mais particularmente, diz respeito ao uso de múltiplas fontes de tensão e de corrente para fornecer os valores de tensão e de corrente necessários.

Fundamento da Invenção Convencionalmente, sistemas de energia elétrica são protegidos usando dispositivos de proteção de função específica, isto é, relés protetores, que são responsivos a valores de tensão e corrente obtidos da linha de transmissão de energia elétrica. Em alguns casos, um dispositivo protetor específico é utilizado somente para uma função de proteção, enquanto que em outros casos, um único dispositivo é capaz de implementar mais de uma função de proteção. Cada dito dispositivo específico tradicionalmente tem elementos de hardware associados, incluindo transformadores de corrente e transformadores de tensão (CTs e VTs) para obter informação de entrada de corrente e de tensão necessária para aqueles dispositivos.Os dispositivos ainda incluem a capacidade de avaliar o desempenho dos CTs e VTs associados; no caso onde um desses elementos falha ou se toma defeituoso, o dispositivo desabilitará a função/aplicação em particular usando as quantidades dos elementos que determinam a falha da tensão e/ou da corrente.

Elementos de tensão e de corrente locais adicionais, associados com o relé/dispositivo, podem fornecer alguma reserva/redundância, mas isso é caro, adiciona complexidade ao sistema total e pode resultar em uma parte maior do sistema de potência vir a ficar interrompida, se aqueles elementos de reserva também falharem na operação.

Ainda, certas funções de proteção exigem informação de tensão e corrente de outros dispositivos protetores independentes para correta operação. A obtenção dessas quantidades requer fiação e programação personalizadas nos dispositivos individuais, o que novamente é caro e também demorado, exigindo assistência técnica especializada.

Exposição da Invenção Por conseguinte, a presente invenção é um sistema para a seleção de fontes de tensão e corrente para dispositivos de relé protetores, para proteção e controle de sistemas de energia elétrica, incluindo: uma fonte local para obter quantidades de tensão de entrada e de corrente de entrada a partir de uma linha de transmissão de energia elétrica adequadas como entradas para uma seção de aplicação de proteção local, situada num dispositivo de relé protetor local; uma seção de recepção de dados remota para receber, a partir de uma fonte remota, tal como de um dispositivo de relé protetor remoto, quantidades de tensão e de corrente de entrada adequadas como entradas para aquela seção de aplicação de proteção local; a dita seção de aplicação de proteção local com pelo menos uma aplicação de proteção responsiva às quantidades de tensão de entrada e corrente de entrada selecionadas da fonte local ou da fonte remota para a execução de um algoritmo de proteção nela e a provisão de informação de saída que indica o seu resultado; uma seção de transmissão de dados para transmitir aquela informação de saída da seção de aplicação de proteção local para outros dispositivos de relé protetores; e uma seção lógica de seleção de fonte para selecionar as quantidades mencionadas de tensão e corrente de entrada da fonte local, ou da fonte remota, de acordo com critérios pré-selecionados.

Breve Descrição dos Desenhos Figura 1 é um diagrama em blocos que apresenta o sistema da presente invenção.

Figuras 2-7 são diagramas em blocos para aplicações de função de proteção específicas da presente invenção.

Figuras 8-11 são diagramas em blocos que apresentam o uso dos princípios da presente invenção com combinações de aplicações funcionais. Melhor Modo para a Realização da Invenção Figura 1 é um diagrama em blocos daquele sistema da presente invenção. Enquanto a presente invenção pode ser implementada no contexto de uma pluralidade de relés protetores de sistema de potência ou outros dispositivos protetores, dois dispositivos protetores 10 e 12 são mostrados na Figura 1, para fins de ilustração. Deve-se entender, porém, que a presente invenção, isto é, um sistema para seleção de fonte de tensão e corrente, pode abarcar uma pluralidade de dispositivos protetores, em vez de somente dois.

Cada dispositivo protetor, por exemplo, dispositivo protetor 10, inclui seis seções de operação básicas. Estas incluem uma seção de aquisição de dados locais, ou uma fonte local 14, a qual inclui elementos de hardware locais associados com aquele dispositivo 10, tais como transformadores de corrente e transformadores de tensão convencionais, para aquisição de valores de corrente e de tensão da linha de transmissão de energia elétrica. Uma seção de recepção de dados remota 16 inclui um receptor, para informação de outros dispositivos protetores, por exemplo, fontes de valores de corrente e de tensão do sistema de potência a partir do lado de fora do dispositivo 10.

Na presente invenção, um dispositivo protetor 10 tem capacidade de obter informação da fonte e, em particular, tensões e correntes do sistema de potência, não só de seus elementos (associados) da fonte local, em particular os de hardware local (CTs e VTS) associados com aquele dispositivo em particular, mas também, tem a capacidade de receber tal informação de outros dispositivos protetores e escolher seletivamente entre eles, como explicado abaixo.

Os dados de tensão e de corrente locais da fonte local 14 e dados remotos da seção 16 são aplicados a um circuito lógico de seleção de fonte 18. O circuito ou a seção lógica de seleção de fonte 18 provê informação de tensão e de corrente para a seção de aplicação de proteção local 20, a qual inclui as várias aplicações executadas pelo dispositivo protetor 10. Tipicamente, cada aplicação de proteção será implementada por meio de algoritmos de proteção específicos. Tais algoritmos são, em geral, bastante conhecidos, e, portanto, não são descritos aqui em maiores detalhes. A seção lógica de seleção de fonte 18 analisa os dados locais da fonte 14, os dados remotos da fonte 16 e os dados de saída da seção de aplicação 20, e seleciona as tensões e correntes de entrada adequadas para cada aplicação, levando em consideração a condição dos elementos da fonte local. Por exemplo, a seção lógica de seleção de fonte 18 é capaz de proporcionar correntes e tensões necessárias para uma aplicação em particular no dispositivo 10 de outras fontes (providas pela seção 16) se as fontes locais são determinadas pelo dispositivo de relé como sendo defeituosas, e, além disso, pode prover informação de tensão e corrente selecionadas necessária para uma aplicação em particular que não esteja diretamente disponível da fonte local, e que teria, de outro modo, que ser obtida de outros dispositivos por fiação e/ou processamento personalizados.

Alguns exemplos de aplicações funcionais em particular, que tal dispositivo protetor 10 podería prover, incluem uma medição e proteção de linha, localização de falha de linha, determinação de direção de corrente, proteção de falha de disjuntor, proteção diferencial de barramento, e também, verificação de sincronismo. Outras funções de proteção também são possíveis, certamente. As aplicações acima são para ilustração e não são exclusivas. A presente invenção, a qual envolve múltiplas fontes (locais e remotas), não se limita a um dispositivo capaz de executar múltiplas aplicações. Até um dispositivo, com uma aplicação funcional na seção 20, pode se beneficiar dos princípios da presente invenção.

Tal dispositivo protetor 10, ainda, inclui uma seção de seleção e declaração de saída 24. Esta seção é responsiva à saída das várias aplicações para ativar contatos de saída locais no dispositivo 10. As saídas são empregadas, por exemplo, para disparar, isto é, fechar, disjuntores locais para proteção do sistema de potência. A seção de saída 24 é responsiva aos dados local e remoto da fonte 14 e da seção 16, além das saídas da seção de aplicação 20.

Aquele dispositivo protetor 10 inclui adicionalmente uma seção de transmissão de dados 26. A seção de transmissão de dados 26 é responsiva à fonte local 14 e à seção remota 16, e às saídas da seção de aplicação 20, a fim de transmitir rápida e precisamente, tal como numa linha de conexão 27, os dados providos a ela para um outro dispositivo protetor. Altemativamente, ela pode re-arranjar, e reencaminhar, dados recebidos de outros dispositivos protetores para um terceiro dispositivo.

Como indicado acima, a Figura 1 ilustra apenas dois dispositivos protetores 10,12 utilizando o sistema de seleção de fonte de tensão e de corrente da presente invenção. Todavia, vários dispositivos protetores podem ser usados de uma tal maneira que forneçam várias fontes alternativas de dados de tensão e corrente para cada dispositivo protetor, assim como, quantidades de tensão e/ou corrente especializadas para aplicações particulares que não estão disponíveis a partir dos elementos da fonte local.

Figura 2 ilustra um exemplo para uma aplicação, especificamente medição e proteção de linha, mostrada em 43. Esta medição e proteção de linha exige quantidades de correntes de linha IL e tensões de linha VL. As quantidades de correntes e de tensões IL e VL incluem três fases (Ia, Ib e Ic; Va, Vb e Vc). Il será fornecida quer por uma fonte local 32, também referida como uma fonte de corrente primária, ou de uma fonte de corrente remota 34, também referida como uma fonte de corrente alternativa. Nesse exemplo, tal dispositivo tem acesso às duas correntes locais, medidas por elementos locais, da linha de transmissão de energia elétrica, referidas como Iw e Ix para identificação. Corrente remota Irem está disponível de outras fontes. Da fonte local 32, quer corrente Iw ou corrente combinada Iw+Ιχ é satisfatória como IL para a aplicação de medição e proteção de linha. Da fonte alternativa 34, há uma escolha entre valores de correntes Ιχ e Irem- Linhas de ajuste 36 e 38 controlam chaves associadas 40 e 42 nas fontes de correntes primária e alternativa 32 e 34, respectivamente. O sinal de controle 44, de um circuito lógico programado, controla se tal fonte de corrente primária ou alternativa é para ser usada para valores de entrada de IL. O sinal de controle 44 normalmente selecionará a fonte de corrente local 32. Entretanto, em resposta à informação do relé, incluindo os dados local e remoto, uma decisão é feita sobre qual fonte é a melhor, com a fonte de corrente alternativa 34 sendo selecionada se uma corrente particular (Irem) for desejável ou se a fonte de corrente local se tomar defeituosa.

Possibilidades de fonte primária e fonte alternativa também estão disponíveis para a entrada da tensão de linha VL, necessária para a aplicação de medição e proteção de linha. A fonte local (primária) é VY, enquanto que a fonte alternativa é ou Vz ou Vrem· A escolha é feita por meio de um sinal lógico 46.0 controle lógico opera em resposta às entradas operacionais para ou do relé.

Figura 3 exibe uma variação da aplicação de medição e proteção de linha da Figura 2, especificamente para uma função de localização de falha de linha. Além daquelas correntes e tensões de linha IL e VL da Figura 2 (discutidas acima), localização de falha exige informação de corrente de sequência zero de linha paralela, para cobrir aquelas aplicações possuindo acoplamento mútuo de sequência zero forte. Esta quantidade de corrente é referida como Irm. Irm é uma entrada de corrente única. A fonte desta corrente é mostrada em 48. A corrente residual é Iax ou Iremi- A escolha é feita através de uma linha de controle 49 (de ajuste de usuário) programada, operando em uma chave 50.

Figura 4 mostra uma aplicação para determinação de direção de corrente 55. As entradas requeridas para esta aplicação são correntes de linha IL e correntes de polarização Ipol- II é uma corrente trifásica, enquanto Ipol é uma corrente monofásica. IL pode ser obtida de uma fonte local (primária) 56 ou de uma fonte de corrente remota (alternativa) 58, tal como ilustrado na Figura 2 ou 3 (II é a mesma corrente em cada caso). Um controle lógico determina se a fonte local 56 ou a fonte alternativa 58 será usada, novamente, dependendo do estado operacional daquelas fontes de correntes primárias. A quantidade de corrente de polarização Ipol pode ser fornecida quer por corrente IBx ou por corrente Irem2, selecionada via um ajuste de controle 60 que opera através de uma chave 62.

Figura 5 mostra uma aplicação para proteção de duplo disjuntor usando um dispositivo protetor 64 que usa corrente Iw de um primeiro disjuntor 65, e corrente Ix de um segundo disjuntor 66, em uma linha de transmissão de energia elétrica 671. Figura 6 exibe as várias opções de corrente de entrada para o arranjo de proteção de duplo disjuntor da Figura 5. Para fornecer proteção 67 para o primeiro disjuntor 65, uma fonte de corrente local de qualquer corrente, Iw ou Ιχ, pode ser usada para Ibki, via um ajuste de controle 70 através de uma chave 72. Proteção 69 para o segundo disjuntor 66 é possível com qualquer uma das três correntes diferentes, Iw, Ιχ+Iw ou Irem- Ajuste de controle 74 controla uma chave 76 para prover corrente Ibk2 para a proteção do disjuntor 66.

Figura 7 ilustra uma aplicação de verificação de sincronismo 78 usando os princípios de seleção de fonte da presente invenção. A verificação de sincronismo utiliza informação de tensão para a quantidade de polarização Vp e quantidades de sincronização Vsni e Vsn2 requeridas. Em múltiplas aplicações de disjuntor, dispositivos de verificação de sincronismo compartilham aplicações de tensões em comum. Tipicamente, as entradas requeridas para a aplicação de sincronismo têm magnitudes e ângulos de fase diferentes, requerendo circuitos e elementos adicionais para normalizar as entradas de tensão para o dispositivo de verificação de sincronismo 78.

As entradas de tensão à aplicação de verificação de sincronismo são a referida quantidade de tensão de polarização VP, uma primeira quantidade de sincronização normalizada Vsni e uma segunda quantidade de sincronização normalizada Vsn2* Todas destas enfiadas de tensão no elemento 78 são enfiadas de tensão única. A quantidade de tensão de polarização VP, de uma fonte 71, tem três possibilidades de fontes locais, todas tensões de linha, selecionadas por um ajuste de controle 76 através de uma chave associada 77. Tais tensões são Vay, Vby ou Vcy-A dita primeira quantidade de sincronização Vsni, de uma fonte 73, é controlada por meio de um ajuste de controle 80, através de uma chave 82. As possibilidades para a quantidade de sincronização são as tensões locais Vaz, Vbz ou Vez ou uma tensão remota Vremi- A tensão selecionada da chave 82 é aplicada a um elemento de normalização 84, que compensa a magnitude e ângulo de fase da tensão de sincronização para a entrada da tensão de polarização Vp. A segunda fonte de tensão de sincronização 75 possui uma fonte primária e uma fonte alternativa. Essa é selecionada por controle lógico 87, que seleciona dentre aquelas fontes primária e alternativa. Controle lógico 87 é uma variável programada que responde à informação para ou do relé com relação ao estado da fonte primária. A fonte primária para a dita segunda quantidade de sincronização Vsn2 inclui tensões locais Vaz,Vbz ou Vcz ou uma tensão remota Vrm2. A seleção é feita por meio de um ajuste de controle 88 que opera através de uma chave 89. Um circuito de normalização 90 opera para prover uma função de normalização para Vsm relativa à tensão de polarização. A fonte alternativa utiliza as mesmas tensões locais, mas usa uma tensão remota diferente, Vrm3* Um ajuste de controle 91 opera uma chave 92. Um circuito de normalização 94 também é provido.

As aplicações acima proporcionam ilustrações do uso potencial do sistema de seleção de fonte da presente invenção, como usado em dispositivos de relé protetores. Outras aplicações de proteção são possíveis, utilizando outros arranjos de fonte de corrente e de tensão primária e alternativa.

Aquelas aplicações de proteções individuais também podem ser combinadas de vários modos, para propiciar aplicações de múltiplas funções no mesmo dispositivo, empregando tais princípios de seleção de fonte da presente invenção. Figura 8 exibe uma aplicação combinada deste tipo que provê proteção de linha, proteção de duplo disjuntor, e sincronização de duplo disjuntor. Essa aplicação envolve primeira e segunda Unhas de barramento 96 e 98, primeiro e segundo disjuntores 100 e 102, e uma linha de transmissão de energia elétrica 103. O sistema usa quatro dispositivos de proteção (relés) 104, 105, 106 e 107.

Corrente Iw do disjuntor 100 e corrente Ix do disjuntor 102 são duas entradas de corrente para o dispositivo protetor 104. Dispositivo 104 usa Iwpara a proteção do disjuntor 100, Ιχ para a proteção do disjuntor 102 e Iw+Ιχ para a proteção da linha 103. O dispositivo de proteção 104 também usa VY (tensão primária) e Vz (tensão alternativa) para a proteção da linha de transmissão de energia elétrica. O dispositivo 104 também provê a verificação de sincronismo para disjuntores 100 e 102. O dispositivo 104 também usa uma tensão local VBY (não mostrada) como uma tensão polarização e aquelas tensões remotas de barramentos 96 e 98 através de sua seção de recepção Rx como tensões de sincronização.

Dispositivo protetor 106 adquire uma tensão de sincronização a partir do barramento 96 e transmite esta tensão por uma seção de transmissão a uma seção de recepção Rx no dispositivo 105. Dispositivo protetor 107 adquire uma tensão de sincronização a partir do barramento 98 e transmite tal tensão por uma seção de transmissão Tx a uma seção de recepção Rx no dispositivo protetor 105. O dispositivo protetor 105 recebe os sinais de sincronização encaminhados dos dispositivos de proteção 106 e 107 e transmite tais sinais à seção de recepção Rx no dispositivo protetor 104. No arranjo da Figura 8, dispositivo protetor 105 opera, assim, como uma unidade de roteamento relativa às funções executadas pelo dispositivo 104.

Figura 9 ilustra uma sincronização e proteção de duplo disjuntor com aplicação combinada de proteção de linha e de proteção de barramento. O arranjo de barramento e disjuntor é o mesmo que na Figura 8 (apresentando os mesmos numerais) com uma linha adicional 110 e um disjuntor adicional 114. As correntes provenientes dos referidos disjuntores 100 e 102 são combinadas e mostradas como Iw para dispositivo 118 para a proteção de linha. Disjuntor 100 também provê corrente Ix para a proteção do disjuntor 100 e para a proteção do barramento 96. O dispositivo protetor 118 adiciona correntes Iw, Ix para prover proteção para o disjuntor 102. Dispositivo protetor 118 usa tensão de linha VY para proteção de linha. Dispositivo protetor 118 também provê disjuntores 100, 102, com uma verificação de sincronismo, com uma tensão local, Vy, sendo a tensão de polarização, tensão local Vaz sendo a primeira tensão de sincronização, e tensão local Vbz sendo a segunda tensão de sincronização. Dispositivo protetor 118 transmite uma corrente Ix para um dispositivo protetor 120 para a proteção do barramento 96. Dispositivo protetor 122 mede corrente Ix em uma linha 110 e transmite aquela corrente para o dispositivo protetor 120. Dispositivo protetor 120 utiliza correntes dos dispositivos protetores 118 e 122 em seu algoritmo de proteção de barramento.

Figura 10 ilustra uma aplicação de função múltipla para proteção de linha e de disjuntor. A aplicação usa um único dispositivo protetor 130, com um barramento principal 132 e um barramento de transferência 134. Disjuntor 136 é o disjuntor de linha e disjuntor 138 é o disjuntor de ligação de barramento. O dito dispositivo protetor 130 usa corrente Iw do disjuntor 136 como a corrente primária para proteção de linha e de disjuntor. Quando o disjuntor 136 está fora de serviço, o dispositivo protetor 130 utiliza corrente -Ix do disjuntor 138 como uma fonte de corrente alternativa para a proteção de linha e de disjuntor. Assim sendo, não existe nenhuma necessidade de um relé protetor dedicado para o dito disjuntor 138. Dispositivo protetor 130 usa a tensão de barramento principal Vy para proteção de linha. Ele também utiliza uma tensão Vy, uma outra tensão do barramento principal, e uma tensão Vbz (uma tensão de linha) para a verificação de sincronismo de disjuntor.

Figura 11 mostra uma função combinada para a sincronização e proteção de duplo disjuntor e para a proteção de linha. O arranjo do barramento é idêntico àquele da Figura 9. Proteção de falha de disjuntor separada é provida para disjuntores de circuito 140 e 142. A proteção de linha também é fornecida, como também a sincronização. Esse arranjo, usando a capacidade de seleção de fonte da presente invenção, fornece a proteção desejada com menos dispositivos protetores e menos transformadores de corrente do que o necessário para arranjos convencionais.

Consequentemente, um sistema foi revelado, que é dirigido para capacidade de seleção de fonte para dispositivos protetores usados nos sistemas de potência. Fontes alternativas podem utilizar outros dispositivos protetores, os quais proverão tensões e correntes de substituição para valores locais se aqueles elementos locais forem defeituosos. Valores de corrente e tensão especializados também podem ser fornecidos como parte do sistema, eliminando a necessidade de fiação e programação personalizadas.

Embora uma concretização preferencial da invenção tenha sido revelada aqui para fins de ilustração, deve-se entender que diversas mudanças, modificações e substituições poderão ser incorporadas, sem fugir do escopo da invenção, que é definido pelas reivindicações que vem a seguir.

Claims (11)

1. Sistema para selecionar fontes de tensão e corrente para dispositivos de relé protetores para proteção e controle de sistemas de energia elétrica, compreendendo: uma fonte local (14) para obter quantidades de tensão de entrada e de corrente de entrada a partir de uma linha de transmissão de energia elétrica adequadas como entradas para uma seção de aplicação de proteção local (20), situada em um dispositi vo de relé protetor local (10); uma seção de recepção de dados remota (16) para receber, de uma fonte remota, tal como a partir de um dispositivo de relé protetor remoto (12), quantidades de tensão e de corrente de entrada adequadas como entradas para aquela seção de aplicação de proteção local (20); a seção de aplicação de proteção local (20) com pelo menos uma aplicação de proteção responsiva às quantidades de tensão de entrada e corrente de entrada selecionadas da fonte local (14) ou da fonte remota para executar um algoritmo de proteção nela e prover informação de saída indicando seu resultado; uma seção de transmissão de dados (26) para transmitir aquela informação de saída da seção de aplicação de proteção local (20) para outros dispositivos de relé protetores (12); e caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: uma seção lógica de seleção de fonte (18) para selecionar aquelas quantidades de tensão e de corrente de entrada da fonte local (14), ou da fonte remota, de acordo com critérios pré-selecionados.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os critérios pré-selecionados incluem a condição de que a fonte local estar defeituosa.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir uma pluralidade de aplicações de proteção (20) dentro do dispositivo de relé protetor.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seleção de fonte baseia-se na saída das aplicações de proteção (20) e das fontes local e remota de dados.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados transmitidos incluem dados da fonte local, dados da fonte remota recebidos de outros dispositivos de relé protetores, e uma informação de saída das aplicações de proteção no dispositivo de proteção.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir uma seção de saída (24) para prover sinais de controle a outros dispositivos, incluindo disjuntores de circuito, a seção de saída sendo responsiva à informação de saída das aplicações de proteção e às fontes local e remota de dados.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de seleção de fonte é responsivo a dados do dispositivo de proteção, da aplicação de proteção e das fontes local e remota de dados.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as aplicações de proteção (20) incluem: proteção e medição de linha local, localização de falha de linha, determinação de direção de corrente, medição e monitoração de proteção de falha de disjuntor, e verificação de sincronismo.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tais aplicações de proteção (20) incluem pelo menos a aplicação de proteção de função múltipla a seguir: proteção de duplo disjuntor, sincronização e proteção de linha.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tais aplicações de proteção (20) incluem pelo menos a aplicação de proteção de função múltipla a seguir: proteção e sincronização de duplo disjuntor, proteção de linha e proteção de barramento.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tais aplicações de proteção (20) incluem pelo menos a aplicação de proteção de função múltipla a seguir: proteção de linha e de disjuntor.