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simulador de regulador de velocidade para turbinas

1. BLOCO ESTATISMO SINTAXE DE COMUNICA O ici dna ra TELA DE CONFIGURA O TELA DO SIMULADOR LISTA DE ABREVIATURAS AC Corrente Alternada AND Porta L gica E CLP Controlador L gico Program vel COPEL Companhia Paranaense de Energia El trica DC Corrente Cont nua DDE Dinamic Data Exchange EPROM Erasable Programmable Read Only Memory IHM Interface Homem M quina LED Light Emitter Diode NOT Porta L gica N O OR Porta L gica OU Pl Proporcional Integral PID Proporcional Integral Derivativo RAM Random Access Memory vi 2 LISTA DE S MBOLOS Marca registrada Estatismo Cota entre dois n veis de gua Amp res Hertz Pascal Volts Watts vii RESUMO Com este projeto procuramos apresentar uma ferramenta destinada a simulac o do funcionamento de reguladores de velocidade para turbinas hidr ulicas Francis A an lise do funcionamento de um sistema de pot ncia no qual a literatura especializada praticamente inexiste de fundamental import ncia para a formac o acad mica dos engenheiros do setor el trico Fizemos um estudo dos dispositivos e circuitos que um regulador de velocidade digital Seu funcionamento foi descrito e modelamento matem tico elaborado Apresentamos um diagrama em blocos do circuito hidr ulico e do circuito eletr nico Estes circuitos foram ela
2. A turbina deve transformar energia hidr ulica energia mec nica Esta energia mec nica ser transformada em energia el trica pelo gerador A vari vel de entrada da turbina SM ZT que vem do servomotor e representa o valor de abertura que o distribuidor dever ter O bloco turbina abrange a atuac o do distribuidor e faz o c lculo do valor de pot ncia conforme seja o valor de abertura solicitado para isto considerado um valor de constante de in rcia da gua Para simula o da turbina foram utilizados um bloco divisor dois blocos somadores e um integrador Um display mostra o valor de pot ncia mec nica A sa da do servomotor a vari vel P FIGURA 15 TURBINA HIDR ULICA SM ZT Distibaldor Turbina Poticia Mecaka FONTE O AUTOR 3 2 SIMULA O DO CIRCUITO ELETR NICO Para o circuito eletr nico ser o descritas a seguir as vari veis envolvidas condi es para opera o de cada bloco opera es matem ticas envolvidas e equa es de cada bloco Vale lembrar que para fins did ticos as grandezas envolvidas foram simuladas em valores percentuais O acionamento do circuito eletr nico feito por um bloco de set reset atrav s de uma chave Inicialmente deve se respeitar as condi es de funcionamento do circuito hidr ulico que s o dadas pelas vari veis 20VFE 33TH D e 33VI A que s o respectivamente eletro v lvula de emerg ncia energizada trava hidr ulica destravad
3. Gircuito Hlidr ulicO lt items sad Gircuito Eletr nico ori id MODOS D REGULA O hd dt dit Regula o de Velocidad Erni idos Regulac o Regulac o Limita es FUN ES A de dita is de Potencia ainia a o tc DICIONAIS REGULADOR VELOCIDADE Entrada de Parametros ii a Monitora o datado manu co deo sta a alto ct ESTATISMO VI VII VIII 22 23 23 24 25 26 26 27 28 29 3 MODELAMENTO 3 1 SIMULA O CIRCUITO 3 2 SIMULA O CIRCUITO 4 IMPLEMENTA O DO 5 1 4 1 ELIPSE SCADA salitre 4 2 ENTRADA DE DADOS 4 3 UTILIZA O DO 5 1 5 CONCLUS O ecc ali bolera cl e de e GLOSS RIO REFER NCIAS ans AP NDICE MANUAL DE UTILIZA O DO SIMULADOR 34 35 40
4. ABERTREF 10 100 4 9 9 POTREF POTREF VELREF 20 2000 5 Foi tamb m inserida uma chave que permite o ajuste externo de set point No caso de parada do RVE este bloco resetado atrav s da vari vel RVEPARAR retornando assim as condic es iniciais de operac o Para elaborac o deste SP Pot ncia foram utilizadas portas l gicas OR NOT e AND blocos Merge um integrador um divisor e blocos comparadores A sa da deste bloco a vari vel POTREF Um display indica o valor de refer ncia de pot ncia FIGURA 22 SP POT NCIA RE se POTENCIA A FONTE O AUTOR Para simular a selec o do modo de regulac o foi implementado o bloco SEL este componente que verifica qual o modo de regulac o que est em operac o e trabalha com o seu respectivo valor de abertura de refer ncia Em um est gio inicial os valores de POTREF e VELREF s o convertidos para ABERTREF conforme as equa es 6 e 7 que segundo MANCINI FILHO 1985 atendem as caracter sticas de opera o de uma unidade geradora Do bloco SP Abertura a sa da j est em valor de refer ncia de abertura Este bloco tem como entradas as sa das do SP Abertura SP Velocidade e SP Pot ncia 47 ABERTREF 90 11 6 100 VELREF 10 10 7 18 elaborac o deste SEL foram utilizados blocos Merge somador A sa da deste bloco a vari vel SM ZT REF que comparado com o limite de a
5. E 9 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou opc o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 0 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 79 13 Clicar na tela de Set Point a tecla VELOCIDADE 14 Verificar Modo de Regula o 15 Verificar a Pot ncia 16 Ajustar na tela de Set Point o valor de 100 no campo VELOCIDADE 17 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 18 Verificar valores dos par metros de Pot ncia 19 Ajustar na tela de Set Point o valor de 101 no campo VELOCIDADE 20 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 21 Verificar valores dos par metros de Pot ncia 22 Ajustar na tela de Set Point o valor de 102 no VELOCIDADE 23 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 24 Verificar valores dos par metros de Pot ncia 25 Ajustar na tela de Set Point o valor de 103 campo VELOCIDADE 26 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 27 Ne
6. Itan 428 Testa Conex o Escala Como n o existem bibliotecas de bitmaps figuras no Elipse para a aplica o foi necess rio o desenvolvimento da figuras em AutoCad que pudessem vir a ilustrar e representar os diversos componentes do regulador de velocidade 4 3 UTILIZA O DO SIMULADOR 53 A Interface Homem M quina de simples utilizac o todas as func es do regulador foram expostas em forma de bot es mostradores e gr ficos sendo que o seu funcionamento descrito no manual do simulador que consta no ap ndice A aplica o do VisSim deve ser aberta e executada ap s este procedimento o Elipse assume trabalha os seus dados Os recursos necess rios para a utilizac o do simulador em relac o a hardware s o os seguintes Processador 400 2 ou superior b c Hard Disk 2 1 GB ou superior d Drive de CD Rom Mem ria RAM 64 MB ou superior J em rela o a software os recursos necess rios para utiliza o do simulador os seguintes a Elipse SCADA V 2 22 SP 19 b VisSim V 3 0E c Windows 98 ou superior Na utiliza o do Sistema Supervis rio todos os dados para opera o do regulador s o encontrados nas telas entretanto existe a possibilidade de se utilizar a aplica o do VisSim separadamente do Elipse com isso no caso de utiliza o do simulador para uma aula fica a possibilidade do professor explicar todas as fun es do regulador diretamente
7. desenergizada provocando o fechamento hidr ulico do servomotor Para energizac o desta eletro v lvula que feita por uma chave necess rio que a v lvula de isolamento esteja aberta vari vel 33VI A que a press o m nima seja superada vari vel 63A LL A desenergizac o dada por uma chave ou se a v lvula de isolamento estiver sendo fechada vari vel 33VI F A vari vel de sa da 20VFE Para simula o desta eletro v lvula foram utilizados um bloco set reset um temporizador Este temporizador simulou o tempo de energizac o da eletro v lvula que no caso foi de 0 5s Foi inserido um sinalizador luminoso para mostrar o estado de operac o FIGURA 11 ELETROV LVULA DE EMERG NCIA E lt Saca 634 LL not Eletrov lvula de Sok10le eve rg izada Dese re rg izar DESENERGIZAR Emerg ncia 33VLA H net FONTE O AUTOR A trava hidr ulica deve manter o servomotor travado quando a m quina estiver parada um dispositivo de seguranca Para destravamento a eletro v lvula de emerg ncia dever estar energizada vari vel 20VFE e a v lvula de isolamento z aberta vari vel 33VI A Este destravamento por comando manual Para o 39 travamento que feito por chave eletro v lvula emerg ncia deve estar desligada vari vel 20VFE e o servomotor aberto vari vel 33SM F As vari veis de sa da s o 33TH D para indicar que est destravada e 33TH A para indicar
8. m servomotor n trava hidr ulica v lvula de parada de emerg ncia O reservat rio de leo sem press o possui uma capacidade m nima de 110 do volume total de leo requerido pelo sistema do regulador janela de inspe o e um respiro com filtro de ar Este reservat rio tamb m tem duas conex es com registros para enchimento e drenagem do leo e para eventual filtragem externa do leo Todas as entradas de leo ao reservat rio est o abaixo do n vel m nimo do leo em opera o normal para evitar a forma o de espuma no leo Existem filtros para o retorno do leo ao reservat rio Para o controle do reservat rio um indicador visual do n vel do leo mostra a faixa de opera o Normal Permitida Perigosa Outro instrumento de controle um term metro que faz a medi o da temperatura do leo O leo utilizado o mesmo especificado para o mancal da turbina O conjunto de bombas montado no reservat rio de leo acionado por motores el tricos A admiss o das bombas protegida por filtros de tela e apropriadas para funcionamento n o imersas em leo em qualquer condi o de opera o O filtro de entrada facilmente remov vel para permitir a limpeza com as bombas em opera o Cada motor tubos e v lvulas associadas bomba s o agrupadas em um compartimento compacto com um m nimo de acess rios e conex es incluindo v lvula de descarga v lvula de al vio e reten o Conjunto de bombas po
9. 49 49 50 53 55 57 59 60 FIGURA 1 FIGURA 2 FIGURA 3 FIGURA 4 FIGURA 5 FIGURA 6 FIGURA 7 FIGURA 8 FIGURA 9 FIGURA 10 FIGURA 11 FIGURA 12 FIGUAR 13 FIGURA 14 FIGURA 15 FIGURA 16 FIGURA 17 FIGURA 18 FIGURA 19 FIGURA 20 FIGURA 21 FIGURA 22 FIGURA 28 FIGURA 24 FIGURA 25 FIGURA 26 FIGURA 27 LISTA DE ILUSTRA ES TURBINA TIPO FRANCIS DIAGRAMA EM BLOCOS DO CIRCUITO HIDR ULICO DIAGRAMA BLOCOS DO CIRCUITO CURVA ESTATISMO CURVA ESTATISMO REGULADOR 5 CURVA ESTATISMO REGULADOR COM QUEDA DE VELOCIDADE BOMBA DE DESCARGA VALVULA DE DESCARGA ACUMULADOR VALVULADE ISOLAMENTO ELETRO V LVULA DE 1 TRAVA HIDR ULICA V LVULA DISTRIBUIDORA SERVOMOTOR TURBINA HIDR ULICA PARTIDA CIRCUITO ELETR NICO A CHAVEAMENTO DO MODO DE REGULA O DISJUNTOR SP LIMITADOR DE SP ABERTURA SP VELOCIDADE SP POTENCIA SELE O MODO DE REGULA O
10. o valor da regula o de abertura comparado com aquele do regulador de velocidade e o menor desses valores 24 transferido para ponto de regulac o do distribuidor selec o de m nimo regulac o de abertura realizada de forma que ela seja v lida como uma limitac o de abertura nos outros modos de regula o 2 3 3 Regula o de Pot ncia Para a regula o de pot ncia existem tr s condi es que s o o disjuntor do gerador fechado rota o da unidade na faixa admiss vel e sinal do transdutor de pot ncia dispon vel Se o disjuntor do gerador estiver fechado e a frequ ncia estiver dentro da faixa admiss vel a regula o de pot ncia pode ser ativada a partir de todos os outros modos de opera o por meio da tecla Pot ncia Ap s um procedimento de partida a comuta o para regula o de pot ncia feita automaticamente se o par metro correspondente estiver ajustado O ajuste de regula o de pot ncia pode ser mudado por meio de altera o do valor desejado O valor de sa da da regula o de pot ncia determinado pela compara o do ajuste de regula o de pot ncia com o valor real da mesma atrav s de uma regula o Os par metros de regula o estatismo e constante de tempo de amortecimento s o valores fixos que podem ser alterados via par metros pelo regulador Para se obter uma resposta r pida da turbina em caso de modifica o do ajuste de regula o de pot ncia desenv
11. pronta para esta opera o J o bot o PARAR acionado permite a sequ ncia autom tica de parada Apertando se o bot o REGULA O DE VELOCIDADE OPERA O ISOLADA ocorre a transfer ncia do regulador para regula o de velocidade com a estabiliza o de sistema isolado Caso a opera o precedente tenha sido com regula o de abertura ou pot ncia ativada a regula o de velocidade com estabiliza o isolada O regulador comuta automaticamente para opera o isolada quando o disjuntor do gerador aberto ou quando os limites da faixa de velocidade s o ultrapassados Com o disjuntor do gerador fechado e a frequ ncia dentro da faixa permitida ajust vel o regulador de velocidade comutado automaticamente para a regula o da velocidade com estabiliza o da rede Se o disjuntor estiver fechado e se o regulador foi comutado para opera o isolada por ter ultrapassado a faixa de frequ ncia permitida ocorreu a comuta o autom tica para estabiliza o rede opera o isolada O retorno para rede opera o interligada s pode ser feito manualmente condicionado da frequ ncia dentro da faixa permitida O bot o REGULA O DE ABERTURA faz a comuta o para regula o 19 de abertura A s 6 poss vel com disjuntor do gerador fechado e durante a interligada Devido ao pr vio controle de atualizac o do ajuste de abertura a comutac o do modo de re
12. O DE ENERGIA CEFET PR 32 33 FIGURA 06 CURVA ESTATISMO REGULADOR COM QUEDA VELOCIDADE 0 P1 P2 100 Os pontos de opera o indicados s o Mo 0 marcha em vazio 1 P P1 carga qualquer 2 2 carga qualquer M3 100 carga m xima Em todos os casos t m se a rota o nominal independente do valor de abertura FONTE ANOTA ES DE AULA NOTA DISCIPLINA DE DE ENERGIA CEFET PR 34 3 MODELAMENTO MATEM TICO Com definic o do diagrama em blocos do circuito hidr ulico do circuito eletr nico do regulador de velocidade foi poss vel a realizac o do estudo detalhado do funcionamento b sico de cada bloco Com estes dados utilizando se o software VisSim vers o 3 0E acad mica foi elaborado separadamente cada bloco de forma que pudesse vir a representar o funcionamento do mesmo atrav s de equa es matem ticas e vari veis VisSim um programa que pode ser rodado no Windows utilizado para modelar e simular sistemas din micos lineares e n o lineares cont nuos discretos e h bridos Com este programa pode se construir modelos de sistemas sob forma de diagrama de blocos usando comandos familiares pelo mouse Atrav s desta modelagem as conex es entre os elementos do sistema s o definidas via portas nas quais devem ser especificadas as vari veis de estado do sistema sendo que cada conex o corresponde a apenas uma vari vel o que naturalmente tor
13. Regulador de Velocidade Eletr nico s o mostrados na figura abaixo FIGURA 7 OP ES DA CAIXA DE DI LOGO Fi Tela Inicial F2 Hidr ulico Estatismo Gr fico 67 O SIMULADOR Esta sec o descreve como se dar o funcionamento do Simulador do Regulador de Velocidade para Turbinas tipo Francis INSTRUCOES PARA A INSTALAC O DO CD ROM Os equipamentos necess rios para a utilizac o do simulador em relac o a hardware s o os seguintes a Computador com processador de 400 MHz ou superior b Mem ria RAM 64 ou superior c Hard Disk 2 1 GB ou superior d Drive de CD Rom A instalac o dos arquivos de execuc o do programa se dar atrav s de CD Rom que estar dispon vel no Departamento Acad mico de Eletrot cnica do CEFET Pr Como Instalar 1 Coloque este CD Rom no leitor de 2 Ele dever abrir automaticamente 3 Instalar os programas clicando nos cones correspondentes FUNCIONAMENTO necess rio chamar o arquivo reg app para iniciar aplicativo O simulador necessita que o Software VisSim e o Software Elipse funcionem simultaneamente e em determinada ordem Quando abrir o arquivo de simula o no Software Elipse clicar no cone VisSim para chamar o arquivo de execu o 68 Ap s abertura do arquivo no Software VisSim executar o arquivo clicando no cone play A partir deste momento o VisSim estar fornecendo os dados para que o Software E
14. ajuste ao controlador program vel necess rio pressionar a tecla CONFIRMA O Com isso o controlador program vel ajusta o valor atual desejado para o novo valor atrav s de uma rampa ajust vel por par metros Se necess rio os ajustes podem ser indicados remotamente atrav s de sa das de sinais anal gicos A faixa de ajuste normal para regula o da velocidade de 90 a 110 Por m poss vel ajustar a faixa para outros valores O display indica o ajuste de velocidade e a velocidade real permanentemente Al m disso h tamb m entradas de controle remoto para ajuste de velocidade e tamb m para sincroniza o 18 regulac o de abertura pode ser ajustada de zero 100 O ajuste de abertura e o valor real de abertura s o indicados no display Paralelamente aos bot es de ajuste locais h tamb m entradas de controle remoto para ajuste de regulac o de abertura A regulac o de pot ncia pode ser ajustada entre o m nimo valor pr ajustado e o m ximo valor por meio das teclas de ajuste do valor desejado Paralelamente os bot es de comandos locais h tamb m entradas de controle remoto para ajuste do ponto de regulac o O painel de comando dotado de bot es para sele o de fun es fun o selecionada indicada por LED s Al m desses bot es de comando h tamb m entradas de controle remoto para a sele o da fun o desejada O bot o PARTIR permite a partida autom tica da turbina estando ela
15. com uma v lvula de al vio de seguran a montada no topo do tanque a qual evita que a press o no tanque atinja valores elevados que possam comprometer a seguranca da instalac o O automatismo de controle das bombas prev partida escalonada dos motores e as faixas de trabalho das bombas de retaguarda n o dever o se sobrepor Uma bomba opera como preferencial e a outra opera como retaguarda A partida da bomba de retaguarda em operac o normal acionada quando a press o do leo do acumulador for inferior press o de 90 da press o m xima normal de operac o com intervalo de 3 de variac o da press o entre uma partida e anterior A parada das bombas na ordem inversa da partida Quando a turbina est parada o automatismo de controle das bombas efetua a reposic o de leo sempre que estiver abaixo da press o m nima normal de operac o 12 O automatismo de controle das bombas desliga todos os motores se n vel do acumulador ultrapassar o limite de operac o segura independente da press o ou se o n vel do reservat rio de leo for muito baixo Com falta de tens o no Centro de Controle de Motores da unidade ocorre a parada de todas as bombas Para o controle de operac o do acumulador existe um indicador visual do n vel de leo um man metro para indicar a regi o de variac o normal da press o do acumulador at a regi o perigosa de operac o Existe ainda para o controle do acumulador um transdutor de press
16. de carga do sistema el trico e provocar abertura ou fechamento autom tico do distribuidor nos casos de subfrequ ncia ou sobrefrequ ncia respectivamente conforme sua caracter stica de estatismo 2 1 TURBINAS HIDR ULICAS FRANCIS As turbinas hidr ulicas convertem a energia potencial da gua em energia cin tica pela utiliza o de diferen as entre dois n veis de gua sendo esta a diferen a de cota AH Essa diferen a entre dois n veis de gua usualmente obtida pela constru o de uma barragem cuja altura depender das condi es do local A variedade de combina es de alturas e descargas em instala es hidrel tricas permite uma grande varia o dos tipos de turbinas hidr ulicas As turbinas hidr ulicas podem ser ent o divididas em duas classes a turbinas de rea o que s o aquelas em que o trabalho mec nico obtido pela transforma o das energias cin tica e de press o da gua em escoamento atrav s do rotor Essas turbinas s o as mais usuais no Brasil e cobrem uma faixa de quedas m dias 10 a 200 m para as instala es hidrel tricas Elas podem ser do tipo Kaplan ou Francis Nas turbinas de rea o a caixa espiral tem a fun o de guiar a gua totalmente e uniformemente por toda a circunfer ncia atrav s do distribuidor O distribuidor tem o objetivo de dirigir a vaz o de gua diretamente para a roda e regular a descarga atrav s da turbina O tubo de suc o nos mais diferentes
17. do fabricante citado acima consiste de m dulos eletr nicos program veis fontes de alimenta o painel de comando para opera o local amplificador de sa da e dispositivos para desacoplamento e ou transforma o de sinal A unidade eletr nica digital deste regulador um controlador program vel de alta performance alojado em um m dulo compacto composto de fonte de alimenta o mem ria do usu rio processador m dulos de entradas anal gicas e digitais transdutor de rota o e m dulo de interface serial O programa aplicativo de gerenciamento deste regulador pode ser armazenado tanto em mem ria RAM com baterias como em EPROM Com isso garante se que n o haver parada do programa em decorr ncia de falta de tens o el trica Para continuar operando sem perturba es mesmo em caso de falta de tens o todos os m dulos de mem ria da mem ria de acesso aleat rio RAM s o providos de baterias de alimenta o flutuante Tais baterias devem ser trocadas a cada cinco anos ou quando LED bateria acender Os m dulos de entradas e sa das necess rios s o projetados de acordo com as fun es especificas que ser o executadas na regula o da m quina Todos estes m dulos eletr nicos s o redundantes ou seja est o duplicados no regulador a fim de prover uma redund ncia completa n o s de CPU s e da mem ria mas tamb m do m dulo de alimenta o dos m dulos 17 entrada sa da e do m dulo contador Os dois CL
18. escolhida para regula o Um sinalizador luminoso indica o modo de regula o N o poss vel utilizar mais de um modo de regula o simultaneamente e eles possuem uma fun o de seguidor para que a comuta o de um modo para o outro ocorra manual ou automaticamente sem oscila o de pot ncia ou de posi o do distribuidor da turbina 42 Na partida da turbina utilizado o modo de regulac o de abertura Ap s sincronizac o da unidade geradora automaticamente assume o modo de regulac o de pot ncia Estando em sincronismo se o transdutor de pot ncia apresentar defeito ou houver instabilidade desse modo de regula o automaticamente comutado para o modo de regulac o de velocidade O modo de regulac o de abertura s utilizado em casos de emerg ncia com a m quina em sincronismo com o sistema se ocorrer falha dos modos de regulac o de pot ncia e de velocidade FIGURA 17 DO MODO DE REGULA O RABERTL 4 FONTE O AUTOR O disjuntor foi simulado atrav s de um bloco de set reset sendo que a sua vari vel de sa da foi definida como 52G O acionamento feito atrav s de chaves Um sinalizador luminoso indica o estado de opera o do disjuntor FIGURA 18 DISJUNTOR FONTE O AUTOR O limitador de abertura do distribuidor foi implementado atrav s do bloco SP Limitador de Abertura Internamente a este bloco foi criado um bloco de Partida e Sincroniza o O bloco Part
19. executar 20 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 21 Esperar 15 segundos 22 Desligar modo Estatismo 23 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 13 CASO SOBREFREQU NCIA DO SISTEMA MANTIDA 101 POR 30 SEGUNDOS MODO DE REGULA O DE ABERTURA SEQU NCIA DE 1 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina NO Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 8 Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor 9 Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou opc o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 50 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 83 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade Abertura Pot ncia nos mostradores da tela 14 Clicar na tela de Set Point a tecla ABERTURA 15 Verificar Modo de Regula o 16 Verificar a Pot ncia 17 Clicar no cone ESTATISMO na caixa de di logo 18 Ligar o modo Estatismo 19 Ajustar valor para 1 e executar 20 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 21 Esperar 15 segundos 22 Desligar mo
20. existe um pressostato com chave de merc rio montado na tubulac o de sa da da 13 v lvula contato da chave dever fechar o aumento press o Tamb m instalado um man metro adequado para a press o de servico do regulador Um conjunto de eletro v lvulas montado no tanque de leo providas de dispositivos adequados para acionamento manual A eletro v lvula de isolamento respons vel pela abertura e fechamento da v lvula de isolamento entre acumulador de press o e o regulador hidr ulico comandada por dois solen ides um para comando de abertura e outro para comando de fechamento Os comandos de abertura e fechamento ser o dados pela l gica de comando da unidade A v lvula distribuidora cont m um dispositivo de ajuste individual do tempo de abertura e do tempo de fechamento do servomotor O dispositivo limita efetivamente a vaz o de leo entre a v lvula distribuidora e os servomotores A faixa de ajustes acerta os tempos do distribuidor a fim de cumprir as exig ncias impostas pelo regulador Portanto a v lvula distribuidora que executa os comandos hidr ulicos de abertura e de fechamento dos servomotores com a ordem recebida do atuador O atuador que um transdutor eletro hidr ulico e as v lvulas de controle formam uma unidade integrada com todos os componentes facilmente acess veis O transdutor controla a v lvula distribuidora principal o mais diretamente poss vel de forma a minimizar os e
21. no VisSim Vale ressaltar que o simulador foi desenvolvido para ser utilizado por acad micos do curso de engenharia el trica na cadeira de gera o de energia portanto para sua aplica o recomendado o acompanhamento de um professor que tenha conhecimentos em gera o e automa o Para ilustra o vemos na figura 27 uma das janelas do simulador onde temos uma vis o geral do regulador de velocidade FIGURA 27 TELA DO SIMULADOR 54 gr EL 81 ESTOS ope61saq POS Tiira oyeg ya 63 ca 819141 BaL La re r t ariang 511 1 5 ENARA OLHA vIDNILOd YOINAFSIO Ororinsad 30 DOOA esa epeadeseg OONCIPIH PUES 940925 22043 CONCLUSAO 5 55 proposta de um simulador foi uma solu o encontrada para an lise do funcionamento de um sistema de pot ncia no qual a literatura especializada praticamente inexiste vindo a ajudar de forma did tica na forma o acad mica dos engenheiros do setor el trico Com isto o projeto buscou apresentar uma vis o geral de um regulador de velocidade para turbinas hidr ulicas Francis atrav s da implementa o de um simulador como ferramenta de an lise As caracter sticas principais dos dispositivos e circuitos que comp em um regulador de velocidade digital foram descritas e modeladas O modelamento do regulador foi
22. o dos modos de regula o 0 sobrefrequ ncia do sistema mantida por um per odo h subfrequ ncia do sistema mantida por um per odo i atua o do limitador de abertura j tomada de carga no modo de regula o de velocidade 70 1 CASO PARTIDA NORMAL DA UNIDADE AT NOMINAL SEQU NCIA DE A Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento esperar atingir o limite de opera o da bomba 50 Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 2 CASO SINCRONIZA O E TOMADA DE CARGA SEQU NCIA DE NO Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor Verificar se o modo de regula o est em Pot ncia 71 10 Clicar RVE 5 na caixa de di logo 11 Ajus
23. para 1 e executar 76 17 Verificar Servomotor Abertura Velocidade Pot ncia 18 Esperar 15 segundos 19 Desligar o modo Estatismo 20 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 8 CASO SUBFREQU NCIA DO SISTEMA MANTIDA 98 POR 30 SEGUNDOS MODO DE REGULAC O DE POT NCIA SEQU NCIA DE 1 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina E LE AA O Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 8 Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor 9 Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou op o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 50 campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade Abertura e Pot ncia nos mostradores da tela 14 Clicar no cone ESTATISMO na caixa de di logo 15 Ligar o modo Estatismo 77 16 Ajustar valor para 2 executar 17 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 18 Esperar 15 segundos 19 Desligar o modo Estatismo 20 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 9 CASO ATUA O DO LIMITA
24. para opera o em vazio sempre efetivo quando o disjuntor do gerado est aberto A comuta o manual de opera o isolada para opera o interligada poss vel se o disjuntor do gerador estiver fechado A comuta o autom tica de opera o interligada para opera o isolada efetuada se a faixa permitida ajust vel de frequ ncia for ultrapassada ou o disjuntor abrir Na sele o de m nimo o valor de sa da do regulador de velocidade comparado com a limita o de abertura sendo o menor valor a sa da para regula o do posicionamento Com outro modo de regula o o circuito de regula o de velocidade n o efetivo entretanto o ajuste de regula o da velocidade acompanha de acordo com o estatismo permanente ajustado de forma que na comuta o para regula o de velocidade a abertura do distribuidor inicialmente mantida Al m disso a sa da do circuito de regula o de velocidade acompanha a abertura do distribuidor de forma que a comuta o se faz sem varia es 2 3 2 Regula o de Abertura A regula o de abertura corresponde a introdu o de um ajuste de regula o na malha de controle de posicionamento do servomotor do distribuidor No caso de regula o de abertura ligada em opera o interligada o distribuidor acompanha diretamente este ajuste de regula o Durante o procedimento de partida o distribuidor acompanha o ajuste de regula o com duas aberturas Durante a partida da turbina
25. que indica o estado de opera o da Bomba de Descarga 6 vari vel que indica o valor de limite superior de press o no Acumulador 63A L vari vel que indica o valor de limite inferior de press o no Acumulador 63A LL vari vel que indica o valor de press o m nima no Acumulador 63A PT vari vel que indica o valor de press o no Acumulador 59 REFER NCIAS ESTEVE D A BENTO JUNIOR M Regulador digital VGC 211 3P2 Descric o t cnica S o Paulo VOITH SIEMENS 2000 Relat rio t cnico MANCINI FILHO E Regulador de Velocidade Usina de Segredo Curitiba COPEL 1987 Relat rio t cnico MANCINI FILHO E Simulac o Digital do Comando Autom tico das Unidades Geradoras da Usina Hidrel trica Bento Munhoz da Rocha Neto Itajub 1985b 233f Disserta o de Mestrado Escola Federal de Engenharia de Itajub AP NDICE MANUAL DE UTILIZA O DO SIMULADOR 60 61 MANUAL DE UTILIZA O DO SIMULADOR INTRODU O O simulador do Regulador de Velocidade para Turbinas Hidr ulicas Francis composto por dois aplicativos sendo um Elipse e outro o VisSim assim necess rio que estes programas estejam instalados no computador em que ir ocorrer a simula o A opera o simples mas requer conhecimento de uma unidade geradora O simulador foi desenvolvido com o objetivo de proporcionar um enriquecimento s aulas de disciplinas relacionadas com Gera o de Energia O professor poder simular
26. realizado com o software VisSim e posteriormente houve uma integra o com software Elipse Scada permitindo assim um sistema de supervis o do regulador de velocidade com a devida IHM Interface Homem M quina Esta simula o do regulador de velocidade permite o acompanhamento da partida e parada do conjunto turbina gerador a regula o de velocidade da turbina manuten o da frequ ncia nominal e ajuste da pot ncia ativa conforme varia o de carga do sistema el trico Outro fator preponderante para a utiliza o de um simulador como ferramenta de an lise foi a possibilidade de visualizar graficamente comportamento das principais vari veis que envolvem um regulador como abertura do distribuidor velocidade da turbina e pot ncia em todo o processo de opera o podendo ainda detectar poss veis falhas Ou seja o simulador contempla supervis o e o controle do sistema Foi colocado tamb m a disposi o um manual que permitisse ao usu rio obter de maneira clara uma orienta o para utiliza o do simulador facilitando assim a aprendizagem e permitindo que as diversas etapas do sistema de controle sejam acompanhadas atrav s das diversas janelas que o mesmo disponibiliza Vale ressaltar que o simulador foi desenvolvido para ser utilizado por acad micos do curso de engenharia el trica na cadeira de gera o de energia portanto para sua z aplica o recomendado o acompanhamento de um professor que tenha 56 conh
27. tipos reduz a velocidade da gua na sa da da turbina Cada turbina pode ser dividida tamb m dependendo da sua velocidade espec fica podendo ser de baixa m dia ou de alta velocidade turbinas de a o que s o aquelas em que o trabalho mec nico obtido pela transforma o da energia cin tica da gua em escoamento atrav s do rotor Essas turbinas s o operadas sobre press o atmosf rica por um jato livre s o menos usuais no Brasil e cobrem uma faixa de quedas maiores acima de 200 m para as instala es hidrel tricas Elas s o denominadas turbinas Pelton Nas turbinas de a o a gua n o passa por toda a circunfer ncia da roda mas atrav s dos jatos Para o nosso estudo optamos pelo regulador de velocidade para turbina hidr ulica tipo Francis pois este o tipo de turbina predominantemente utilizada nas usinas hidrel tricas do estado do Paran A turbina Francis foi idealizada em 1849 tendo o nome do seu inventor sendo que a primeira turbina foi constru da pela firma J M em 1873 passando desde ent o por aperfei oamentos constantes como a utiliza o das p s diretrizes Este tipo de turbina tem sido aplicado largamente pelo fato das suas caracter sticas cobrirem um grande campo de rota o espec fica Atualmente s o constru das para grandes aproveitamentos hidrel tricos podendo ultrapassar a pot ncia unit ria de 750 MW Na turbina Francis o rotor fica internamente ao distribuid
28. DOR DE ABERTURA SEQU NCIA DE 1 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina A RR Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 8 Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor 9 Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou op o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 95 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Ajustar na tela de Set Point o valor de 100 no campo Limitador de Abertura 14 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 15 Ajustar na tela de Set Point o valor de 90 no campo Limitador de 78 Abertura 16 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 17 Verificar valores dos par metros de Velocidade Abertura Real Pot ncia nos mostradores da tela 18 Ajustar na tela de Set Point o valor de 100 no campo Limitador de Abertura 19 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 20 Verificar valores dos par metros de Velocidade Abertura Real e Pot ncia nos mostradores da tela 10 CASO TOMADA DE CARGA NO MODO REGULA O DE VELOCIDADE SEQU NCIA DE
29. EABERT Um display indica o valor de limite de abertura do distribuidor Para saber se o limitador de abertura est atuando foi utilizado um comparador que faz a an lise do valor de abertura real que vem do servomotor com o valor da vari vel LIMITEABERT FIGURA 19 SP LIMITADOR DE ABERTURA SP LIMITADOR DE ABERTURA Limite ABERT oa Limi ABERT gt Limite 4BERTAtuado FONTE O AUTOR Para estabelecer um valor de refer ncia de abertura foi implementado o bloco SP Abertura Internamente a este bloco foi criado o bloco Spextabert que tem por fun o calcular um valor de refer ncia de abertura do distribuidor Para seu funcionamento ele avalia as seguintes vari veis ROT que valor de rota o medido no eixo da turbina ABERTMarchavazio que foi definida em 10 e 52G que diz respeito ao estado de opera o do disjuntor 44 Estes valores de refer ncia de abertura limitam em 10 na hora da partida e ap s a conex o com o sistema el trico podem chegar a 100 conforme equac o 1 que segundo MANCINI FILHO 1985 atende as caracter sticas de operac o de uma unidade geradora A equac o abaixo permite concluir que os valores de abertura igual a zero 10 e 100 correspondem respectivamente s pot ncias ativas de 11 11 pot ncia reversa na qual a m quina funciona como motor s ncrono zero e 100 Esta func o linear para facilidades deste trabalho por m na pr tica tem a caracter stica n o
30. EDMAR EIDY FUTIKAMI JULIO CESAR CARVALHO MARCELO STRAPA O MIGUEL IGINO VALENTINI VIVIANE NAGAKURA LIMA SIMULADOR DE REGULADOR DE VELOCIDADE PARA TURBINAS HIDR ULICAS FRANCIS Trabalho de graduac o apresentado disciplina Projeto Final do curso de Engenharia Industrial El trica do Departamento de Eletrot cnica do Centro Federal de Educac o Tecnol gica do Paran Orientador Prof Edson Mancini Filho CURITIBA 2003 Agradecemos ao professor orientador Edson Mancini Filho pelo acompanhamento e revis o do estudo que propiciaram o desenvolvimento deste projeto SUM RIO LISTA DEJE USTRACOE Siurana ia lucida decias LISTA DE ABREVIATURAS id el ld a LISTA DE SIMBOLOS t ico ota ia es ld clio asia RESUMO 1 INTRODU O 1 1 1 2 OBJETIVOS 1 2 1 JUSTIFICATIVA ld a Objetivo Geral cuota ti iia 1 2 2 5 md Catano 13 METODOLOGIA Caos dal dl tl 2 REGULADOR DE VELOCIDADE PARA TURBINAS HIDR ULICAS FRANCIS 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 3 2 3 1 2 3 2 2 3 3 2 3 4 2 4 2 4 1 2 4 2 2 4 3 2 5 TURBINAS HIDR ULICAS pe DESCRI O GERAL DO REGULADOR DE
31. FECHADO recebida o regulador comuta para opera o interligada completando o processo de partida Se o par metro correspondente estiver ajustado ocorre a comuta o autom tica para o modo de regula o desejado A parada da turbina iniciada pelo bot o de comando PARAR o distribuidor fechado com velocidade ajust vel at a posi o em vazio Em seguida o distribuidor fechado com m xima velocidade de posicionamento at a posi o fechada Mediante manuten o da v lvula de controle na dire o de fechamento o distribuidor mantido fechado mesmo contra press o de gua Ap s atingida a posi o em vazio um sinal enviado permitindo a abertura do disjuntor da rede Em caso de defeito onde se faz necess rio o fechamento total e imediato do distribuidor acionada a entrada PARADA DE EMERG NCIA 2 4 2 Entrada de Par metros Sem uma unidade de programa o este equipamento permite a indica o de valores base valores limites ou par metros e suas varia es Atrav s da tecla Par metros ativamos a tela correspondente Os par metros com seus respectivos valores s o listados na tela em uma tabela de dez par metros A tabela de par metros pode ser selecionada em uma determinada faixa atrav s da entrada do endere o do par metro desejado ou atrav s das teclas subir descer Se necess rio um novo valor pode ser ajustado Para isso entra se com o n mero do par metro a ser ajustado no campo de en
32. L DO SIMULADOR FIGURA 2 151 0 0851504 01438VW YOLNAFSIO 0 0851504 0 0851504 1 5 EMAA oy v1n938 30 64 Os principais componentes ilustrativos s o descritos na figura abaixo FIGURA 3 DESCRI O DAS ILUSTRA ES UNIDADE V LVULA HIDR ULICA DISTRIBUIDORA SERVOMOTOR REGULADOR DE VELOCIDADE ELETR NICO TRAVA HIDR ULICA DISTRIBUIDOR V LVULA DE ISOLAMENTO 65 Os medidores das principais grandezas s o descritos na figura abaixo FIGURA 4 DESCRIC O DOS MEDIDORES AN INDICADOR DE PRESSAO NO INDICADOR DE ABERTURA NO INDICADOR DE VELOCIDADE ACUMULADOR DISTRIBUIDOR DA TURBINA INDICADOR DE POT NCIA INDICADOR DE FREQU NCIA ATIVA GERADA Os indicadores do estado de operac o dos componentes principais s o descritos na figura abaixo FIGURA 5 DESCRI O DOS INDICADORES INDICA A POSI O DA INDICA A POSI O DO V LVULA DISTRIBUIDOR DISTRIBUIDORA INDICA O MODO DE REGULA O DO RVE v POT NCIA v VELOCIDADE V ABERTURA INDICA A POSI O DO INDICADOR DA POSI O DO SERVOMOTOR DISJUNTOR DA UNIDADE 66 Os bot es para comandos com o respectivo componente s o mostrados figura abaixo FIGURA 6 BOT ES DE COMANDO Desligada Fechada APA Desaplicada Desligada Desligado SAS O PESE A caixa de di logo para mudanca de telas o componente para selec o do
33. P s t m o mesmo programa O CLP 1 o CLP principal Quando h um defeito grave que impossibilite o CLP 1 de executar o programa CLP 2 assume sem qualquer influ ncia na operac o da unidade Um sinal de falha no CLP 1 ser ent o acionado Todas as entradas digitais dos dois CLP s s o conectadas em paralelo As sa das digitais dos dois s o combinadas via diodos como portas OU As sa das anal gicas ser o comutadas em caso de falha no CLP 1 via rel s O painel de comando cont m todos os elementos de indica o e manobra para a opera o do regulador digital da turbina Esta unidade consiste em um display de cristal l quido capaz de exibir gr ficos um teclado de membrana com teclas de fun es program veis e um campo de entrada num rica O painel de comando conectado ao controlador program vel via interface serial Este painel de comando pode ser instalado dentro ou fora do cub culo do regulador Para altera o dos ajustes de regula o a tela principal do programa gerenciador deve estar ativa Existem telas de alarmes e eventos tela de manuten o e tela de par metros Para alterar um ajuste seleciona se com as teclas do cursor o campo de entrada do ajuste desejado abaixo do valor real O ajuste selecionado indicado atrav s de um display inverso Subsequentemente um novo ajuste pode ser inserido atrav s das teclas num ricas e ent o ser reconhecido pressionando se a tecla ENTER Para transferir o novo
34. a bomba esta v lvula acionada de forma intermitente pela press o de leo do acumulador isto se a press o atinge um valor limite superior um solen ide desenergizado e o leo fica circulando em baixa press o para o tanque com a finalidade de resfriamento Quando a press o do acumulador cai a um valor limite inferior esta v lvula energizada para pressurizac o at o limite superior Este funcionamento intermitente que garante o funcionamento cont nuo da bomba de leo enquanto a m quina estiver funcionando Para energizac o da v lvula de descarga a bomba dever estar ligada vari vel 42B1 e a press o dever estar com o valor do limite inferior vari vel 63A L A desenergizac o ser poss vel somente se a bomba estiver desligada ou a press o estiver com o valor do limite superior Foi utilizado um bloco set reset para mem ria do comando de energizac o e um temporizador para simular o tempo de energizac o do solen ide no caso 1s Um sinalizador luminoso mostra o estado de operac o desta v lvula FIGURA 08 V LVULA DE DESCARGA Dese re rg v lvula de Descarga erergtrada FONTE O AUTOR O acumulador tem por fun o manter a press o do leo para acionamento do servomotor quando falta tens o alternada para a bomba de leo o que garante a parada segura da m quina mesmo com a bomba desligada Foi elaborado um bloco de set reset para simular a pressuriza o do acumu
35. a de leo do acumulador quando a m quina est parada e as bombas desligadas Quando a m quina est funcionando a v lvula de isolamento n o poder ser fechada pois n o haver leo para comandar o servomotor Para abertura da v lvula de isolamento a bomba dever estar ligada e a press o dever estar entre os valores limites Para fins did ticos foi utilizada uma chave para simular a eletro v lvula de comando J para o fechamento da v lvula de isolamento foi considerado que o servomotor dever estar fechado vari vel 33SM F e que a trava hidr ulica esteja aplicada vari vel 33TH A Para simula o desta v lvula foram utilizados um bloco set reset um bloco merge um divisor um integrador e dois comparadores O bloco divisor serve para simular o tempo de abertura e fechamento da v lvula de isolamento As vari veis de sa da s o 33VI A para indica o de abertura da v lvula e 33VI F para fechamento Foi inserido um display para visualiza o da posi o de abertura da 38 v lvula dois sinalizadores luminosos para mostrar o estado de operac o FIGURA 10 V LVULA DE ISOLAMENTO ABRIR POSI O gt v lvula de Isolamento ABERTA 33VI A E EE FECHADA 33VI F O FECHAR FONTE O AUTOR A eletro v lvula de emerg ncia deve desbloquear hidraulicamente o regulador de velocidade para a partida e funcionamento da m quina Se atuar numa parada de emerg ncia ou mesmo numa parada normal ela
36. a e v lvula de isolamento aberta Para a sa da do bloco 41 set reset temos duas vari veis RVEPARTIR e RVEPARAR sa da RVEPARTIR habilita o processo de partida e sincronizac o do bloco SP Limitador de Abertura J a vari vel RVEPARAR est presente em outros blocos do circuito eletr nico e faz com que cause o reset dos mesmos levando os as condic es iniciais de operac o Um sinalizador luminoso mostra a condi o de opera o do circuito eletr nico Para desligar o circuito eletr nico existe uma chave ou isto acontece automaticamente se houver falha no circuito hidr ulico o que visto pelo acionamento da eletro v lvula de emerg ncia Efetivamente esta func o de partir e parar RVE que leva a turbina da rotac o nula rotac o nominal da rotac o nominal rotac o nula respectivamente FIGURA 16 PARTIDA CIRCUITO ELETR NICO AA 20WFE FONTE O AUTOR Um bloco SWO foi implementado para chavear o modo de regulac o do circuito eletr nico Atrav s de tr s chaves ele permite acionar o tipo de regulac o abertura velocidade e pot ncia Para simulac o deste SWO foram utilizadas portas l gicas OR NOT e AND temporizadores emissores de pulsos e blocos set reset Como vari veis internas foram definidas LVEL LABERT LPOT que s o comparadas para determinar a escolha do tipo de regula o Na sa da temos as vari veis RABERT RVEL e RPOT indicando a op o
37. a rede falha no transdutor de pot ncia falha na alimenta o v lvula de controle outros 2 5 ESTATISMO O estatismo uma fun o que permite ao regulador acionar a abertura do distribuidor proporcionalmente queda de velocidade ou frequ ncia No sistema el trico brasileiro o estatismo de todos os reguladores ajustado em 5 com isso se a frequ ncia ou rota o tiver uma queda de 5 o distribuidor receber do regulador uma ordem de abertura de 100 O estatismo responde tamb m no sentido de acionar o fechamento do distribuidor se a frequ ncia aumentar em 5 Essa caracter stica garante que todas as m quinas respondam queda de velocidade proporcionalmente a sua pot ncia nominal Esta resposta autom tica do regulador varia o de frequ ncia denominada regula o prim ria de velocidade 30 Esta regulac o prim ria propicia atendimento de demanda mas isto se d as custas de uma varia o na frequ ncia do sistema O valor est tico de frequ ncia embora limitado inaceit vel uma vez que h s rie de restri es opera o com sub fregu ncia ou sobre frequ ncia necess rio portanto exist ncia de um controle suplementar que fa a a frequ ncia retornar ao valor original Este controle atua na refer ncia dos reguladores de velocidade com o objetivo de corrigir o desvio de frequ ncia que resulta quando apenas o controle prim rio atua Este controle suplementar den
38. ador e registro das atua es dos alarmes por ele emitidos Dependendo do n vel operacional al m das fun es de controle j descritas anteriormente pode se com o regulador digital efetuar a partida e parada da m quina alterar par metros deste regulador e acompanhar alarmes de falha 2 4 1 Partida e Parada No caso de libera o para partida entrada remota PRONTO PARA PARTIR e REGULADOR a partida autom tica iniciada por um comando de partida local ou remoto O distribuidor abre at a abertura de partida Quando uma velocidade de 80 alcan ada o distribuidor comandado para abertura de partida Depois de alcan ada a velocidade s ncrona o sinal para liberar a unidade de sincroniza o enviado Isto feito com um retardo de modo que os impulsos de sincroniza o n o influenciem o ajuste de regula o de velocidade demasiado cedo O ajuste de regula o da velocidade diminu do inicialmente de um certo valor em rela o ao ajuste de regula o s ncrono Quando a velocidade da turbina alcan a o ajuste de regula o a regula o de velocidade assume da em diante a regula o do distribuidor e opera a turbina atrav s de uma fun o de rampa at a velocidade s ncrona Por meio de impulsos do sincronizador para as entradas correspondentes o ajuste de regula o da velocidade ajustado at que o gerador possa ser ligado na rede 27 Quando a informa o DISJUNTOR DO GERADOR
39. alores dos par metros de Velocidade Abertura e Pot ncia nos mostradores da tela 14 Clicar na tela de Set Point a tecla VELOCIDADE 15 Verificar Modo de Regula o 16 Verificar a Pot ncia 17 Clicar na tela de Set Point a tecla ABERTURA 18 Verificar Modo de Regula o 19 Verificar a Pot ncia 75 20 Clicar na tela de Set Point tecla POT NCIA 21 Verificar Modo de Regula o 22 Verificar a Pot ncia 7 CASO SOBREFREQU NCIA DO SISTEMA MANTIDA EM 101 POR 30 SEGUNDOS MODO DE REGULA O DE POT NCIA SEQU NCIA DE OPERA O ES a 9 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela Velocidade em 100 e modo de regula o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor Verificar se o modo de regula o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou op o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 50 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade Abertura e Pot ncia nos mostradores da tela 14 Clicar no cone ESTATISMO na caixa de di logo 15 Ligar o modo Estatismo 16 Ajustar valor
40. bertura atrav s do bloco MIN Este bloco MIN faz com que a sa da seja o menor valor entre os dois Este valor somado ao valor real do servomotor SM ZT e a diferenca a vari vel VD ZT REF Este valor encaminhado ao circuito hidr ulico para que a v lvula distribuidora acione o servomotor a fim de se estabelecer a abertura ou fechamento do distribuidor da turbina hidr ulica FIGURA 23 SELE O MODO DE REGULA O SP POTENCIA gt POTREF E SP VELOCIDADE WELREF SM ZT REF SP ABERTURA WD ZT REF Limite 4BERT FONTE O AUTOR O estatismo do regulador foi simulado atrav s do bloco Estatismo Esta func o permite ao regulador acionar a abertura ou fechamento do distribuidor proporcionalmente queda ou acr scimo de velocidade nominal Para composic o do Estatismo foram utilizados um bloco set reset bloco merge comparador e somador A sua vari vel de sa da DeltaF atua no bloco SP Velocidade e SP Pot ncia para fazer o ajuste necess rio no valor de abertura de refer ncia Foram inseridas chaves para acionamento e para set point de valor de estatismo Dois indicadores luminosos mostram o estado de operac o do bloco e dois displays indicam o valor de velocidade e o valor do estatismo FIGURA 24 BLOCO ESTATISMO 48 Ligar ps A P Estatismo EE qe val De aF FONTE O AUTOR Finalizando a parte de simula o do circuito eletr nico foram inseridos um ploter e um medidor para indica o dos valor
41. borados dentro do aplicativo VisSimPonde simulamos seu funcionamento Finalmente o diagrama em blocos completo foi transferido atrav s do software Elipse Scada para uma IHM tendo como resultado final um simulador de regulador de velocidade digital para turbinas hidr ulicas Francis que nos permite acompanhar a partida e a parada do conjunto turbina gerador a regulac o de velocidade da turbina manuten o da frequ ncia nominal e o ajuste da pot ncia ativa conforme varia o de carga do sistema el trico Palavras chave Regulador de velocidade Controle de Turbinas Hidr ulicas Simulador viii 1 INTRODU O Um sistema de pot ncia encontra se no estado normal de quando a demanda de todas as cargas alimentadas pelo sistema satisfeita e a frequ ncia mantida constante no seu valor nominal Na apreciac o destes requisitos deve ser considerado que as cargas do sistema variam de maneira aleat ria embora lentamente e em ciclos di rios semanais e sazonais Al m disso como a energia n o pode ser armazenada ela deve ser gerada na medida certa no instante em que for solicitada pela carga A func o de controle de um sistema de pot ncia manter o sistema operando no estado normal Em outras palavras trata se de garantir um suprimento cont nuo de energia respeitando se simultaneamente certos padr es de qualidade Manter a frequ ncia constante e igual ao valor nominal importante por uma s rie de
42. do Estatismo 23 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 14 CASO SUBFREQU NCIA DO SISTEMA MANTIDA 98 POR 30 SEGUNDOS MODO DE REGULA O DE ABERTURA SEQU NCIA DE 1 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade Pot ncia nos mostradores da tela 8 Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor 84 9 Verificar se o modo de regulac o est Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou opc o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 50 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade Abertura e Pot ncia nos mostradores da tela 14 Clicar na tela de Set Point a tecla ABERTURA 15 Verificar Modo de Regula o 16 Verificar a Pot ncia 17 Clicar no cone ESTATISMO na caixa de di logo 18 Ligar o modo Estatismo 19 Ajustar valor para 2 e executar 20 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 21 Esperar 15 segundos 22 Desligar o modo Estatismo 23 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia CONSIDERACOES FINAIS Os principai
43. e s condi es de opera o Portanto a possibilidade do desenvolvimento de um simulador de regulador de velocidade para turbinas hidr ulicas Francis que al m de substituir o original n o ocupa espa o muito interessante 11 JUSTIFICATIVA O produto resultante deste projeto servir de instrumento facilitador para a compreens o do sistema em quest o e vir a suprir a car ncia de trabalhos t cnicos a respeito deste assunto em nossa institui o de ensino 1 2 OBJETIVOS 1 2 1 Objetivo Geral O projeto proposto teve por objetivo estudar o funcionamento do regulador de velocidade para turbinas hidr ulicas Francis e atrav s do desenvolvimento de um simulador mostrar a sua atua o em conjunto com esta turbina 1 2 2 Objetivos Espec ficos Os objetivos espec ficos deste projeto foram os seguintes a elaborar uma pesquisa detalhada a fim de reunir a bibliografia necess ria para o estudo do caso em quest o 0 h 3 analisar e estudar o sistema de regulac o de velocidades em conjunto com o professor orientador elaborar um descritivo sobre o princ pio de funcionamento e partes componentes dos circuitos hidr ulico e eletr nico definir um modelo matem tico para os circuitos hidr ulico e eletr nico testar atrav s de simula o utilizando o software VisSim Vers o Acad mica separadamente cada uma das partes componentes do regulador desenvolver um simulador interativo com IHM amig vel Vis
44. e a simula o houve interliga o destes blocos sempre respeitando os requisitos e prioridades de cada um onde foi poss vel simular o funcionamento completo do regulador de velocidade para turbinas hidr ulicas Francis 3 1 SIMULA O DO CIRCUITO HIDR ULICO Para o circuito hidr ulico ser o descritas a seguir as vari veis envolvidas condi es para opera o de cada bloco opera es matem ticas envolvidas e equa es de cada bloco Vale lembrar que para fins did ticos as grandezas envolvidas foram simuladas em valores percentuais A bomba de leo deve fornecer leo para o circuito hidr ulico Para elabora o deste bloco foram utilizadas portas l gicas OR AND e NOT a fim de simular o contator de partida do motor Ainda foi elaborado um bloco temporizador para simular o tempo de partida do motor que no caso ficou definido em 5s devido as condi es iniciais de acionamento de um motor Duas chaves para efetuar o comando de ligar e desligar da bomba foram adicionadas Um sinalizador luminoso mostra o estado de opera o da bomba A vari vel de sa da deste bloco ficou definida como 42B1 Esta vari vel ser uma pr condi o para acionamento da v lvula de descarga e da v lvula de acionamento FIGURA 07 BOMBA DE DESCARGA LIGAR Ligar DESLIGAR poloesigar POMPAT Laio 4281 g FONTE O AUTOR 36 A v lvula de descarga deve garantir a partida da bomba sem press o Ap s o tempo de partida d
45. ecimentos gerac o automac o Uma das dificuldades encontradas para a realizac o deste projeto foi o modelamento e equacionamento do circuito eletr nico Outro aspecto foi a necessidade de desenvolver o trabalho com softwares vers o acad mica ou demo o que veio a dificultar a utiliza o de diversas vari veis que envolveram modelamento do regulador de velocidade E finalmente a pouca literatura a respeito do assunto para pesquisa e estudo Por fim recomenda se que trabalhos desta natureza sejam desenvolvidos pela comunidade acad mica procurando implementar ferramentas como esta que s v o contribuir para a forma o de cada aluno e permitir um conhecimento mais aprofundado dos temas que envolvem o setor el trico GLOSS RIO 57 ABERT abertura ABERTREF vari vel que define um valor de refer ncia de abertura do distribuidor ABERTMARCHAVAZIO vari vel que define o valor de abertura do distribuidor na partida DELTAF varia o de frequ ncia Vari vel que define um valor de estatismo ESTATIV vari vel que indica o estado de opera o do bloco Estatismo LIMITEABERT vari vel que indica o valor estabelecido pelo Limitador de Abertura para abertura do distribuidor LIMITEABERTATUADO vari vel que indica o estado de operac o do bloco Limitador de Abertura LABERT vari vel que habilita o Modo de Regulac o de Abertura LPOT vari vel que habilita o Modo de Regula o de Pot ncia LVEL vari vel q
46. ertura do dispositivo de posicionamento acompanha a posi o de um comando linear de ajuste de regula o independente do ajuste de regula o do regulador este ajuste permite posicionar o distribuidor em qualquer posi o entre 22 zero e 100 Neste modo n o regulac o de velocidade regulac o de pot ncia e limita es devendo ser utilizado somente em manuten o FIGURA 03 DIAGRAMA EM BLOCOS DO CIRCUITO ELETR NICO POT NCIA REFERENCIA REGULADOR POTENCIA tESTATEMO REGULADOR VELOCIDADE ESTATISUO MEDIDA ROTA O TURBINA REFERENCIA ABERTURA DISTRIBUIDOR ar TURBINA LIMITADO R ABERTURA DISTRIBUIDOR REGULADOR ABERTURA FONTE ANOTA ES DE AULA NOTA DISCIPLINA DE GERA O DE ENERGIA CEFET PR 2 3 MODOS DE REGULA O z HIDR LILDO REGULADOR WELOCIDADE HIDR LILCO O regulador de velocidade considerado um regulador do tipo P I D ajustado por par metros os par metros do regulador s o vari veis de acordo com a condic o de operac o Para o regulador digital estudado segundo ESTEVE e BENTO JUNIOR 2000 h tr s conjuntos de par metros para operac o em vazio operac o isolada e operac o em paralelo na rede O conjunto de par metros formado por estatismo permanente estatismo 23 transit rio constante de tempo de amortecimento ganho derivativo e constante de tempo derivativo 2 3 1 Regula o de Velocidade O par metro ajustado
47. es atrav s de simula es com o software VisSim do modelo matem tico encontrado f desenvolvimento do simulador interativo com amig vel Elipse Scada do regulador de velocidade completo 0 elabora o de um manual para utiliza o do simulador 2 REGULADOR DE VELOCIDADE PARA TURBINAS HIDR ULICAS FRANCIS O regulador de velocidade um sistema de controle autom tico cuja func o principal manter a rotac o da turbina constante para que o gerador forneca energia ao sistema el trico na frequ ncia de 60 Hz A a o deste controle comandar a abertura ou fechamento do distribuidor da turbina palhetas diretrizes regulando a vaz o de gua que entra no rotor da turbina Estas palhetas abrem com determinado ngulo possibilitando a passagem de gua de acordo com o perfil hidr ulico o regulador que propicia a partida da unidade levando a desde a rota o nula at a rota o nominal atrav s da abertura do distribuidor da turbina A parada da turbina tamb m cabe ao regulador Quando houver uma rejei o de carga com parada parcial o regulador deve ser capaz de manter o conjunto turbina gerador com rota o nominal para que seja conectado novamente ao sistema el trico Se a rejei o de carga for com parada total o regulador dever efetuar a parada da unidade E finalmente como ltima atribui o do regulador de velocidade ele deve ser capaz de ajustar a pot ncia ativa para o caso de tomada ou al vio
48. es de rota o abertura do distribuidor e pot ncia 4 IMPLEMENTA O DO SIMULADOR 49 Tendo sido realizado modelamento do regulador velocidade turbinas hidr ulicas Francis no software VisSim e sendo que o resultado da simulac o foi o esperado o pr ximo passo a seguir foi a escolha de uma Interface Homem M quina amig vel para implementac o do simulador Por ter uma vers o DEMO dispon vel e sua utilizac o ser de dom nio da equipe o software escolhido para integra o com o VisSim foi o Elipse Scada 4 1 ELIPSE SCADA O Elipse Scada um software para a cria o de aplicativos de supervis o e controle de processos nas mais diversas reas oferece um alto desempenho aliado a poderosos recursos que facilitam a tarefa de desenvolvimento da sua aplica o Totalmente configur vel pelo usu rio permite monitorar vari veis f sicas de campo Al m disto as vari veis do processo podem ser visualizadas de forma gr fica permitindo em tempo real uma f cil e r pida compreens o do que est acontecendo Com este objetivo v rios Objetos de Tela est o dispon veis e pode se enviar ou receber informa es dos equipamentos de aquisi o de dados atrav s de set points sliders ou bot es O Elipse Scada composto de tr s vers es distintas indicadas conforme as necessidades do usu rio Em todas as vers es est o dispon veis Configurador Runtime e Master Estas vers es trabal
49. feitos de atrito folgas mec nicas e varia o da temperatura do leo Este um dispositivo que transforma o sinal el trico de sa da do regulador em um deslocamento mec nico proporcional Ele montado no reservat rio da unidade de bombeamento e atua diretamente na v lvula principal de distribui o do leo pressurizado que vai aos servomotores que controlam a turbina O transdutor capaz de controlar um circuito de for a mec nica normal atrav s da v lvula de distribui o e do servomotor de opera o A energia el trica fornecida pelo regulador eletr nico de velocidade e a press o do leo suprida pelo acumulador Na tubula o do transdutor existe um filtro duplo para limpeza sem que haja necessidade de desligamento da unidade e 14 uma v lvula de sustentac o press o forca atuante sobre atuador eletro v lvula de bloqueio do regulador desligada age no sentido de fechamento das palhetas Uma eletro v lvula de partida e parada da unidade montada no circuito hidr ulico de controle do atuador das v lvulas de controle e da trava do servomotor com contatos fim de curso A v lvula de bloqueio do regulador opera para a parada normal da unidade e tamb m para o completo fechamento das palhetas na velocidade normal de fechamento e independente da operac o do transdutor eletro hidr ulico nas paradas por protec o As forcas atuantes sobre a v lvula distribuidora principal e demais v lv
50. gulac o atual para regulac o de abertura realizada sem variac o na abertura do distribuidor A abertura da m quina pode ser ajustada na regulac o da abertura do distribuidor por meio do ajuste de abertura J bot o REGULA O DE POT NCIA efetua a comuta o para regula o de pot ncia Essa comuta o s poss vel com o disjuntor do gerador fechado e em opera o interligada A transi o para regula o de pot ncia feita sem varia es e sem modifica o da abertura do distribuidor Para controle de alarmes existe o bot o P GINAS DE ALARMES para comuta o com a p gina de alarmes Todos os alarmes pendentes s o listados e se algum alarme estiver presente e ainda n o foi reconhecido o LED neste bot o permanece piscando O primeiro alarme que ocorrer ou o ltimo ocorrido s o mostrados na tela principal H tamb m contatos para indica o externa Se este bot o for acionado mais uma vez a p gina comutada para o buffer de alarmes ocorridos Todos alarmes s o mostrados no buffer em ordem cronol gica Este buffer pode ser facilmente apagado Existe ainda a p gina de eventos que mostra todos eventos ocorridos em ordem cronol gica Um evento difere de um alarme pois este apenas informa uma condi o normal de funcionamento da m quina enquanto que um alarme informa uma anomalia Com o bot o RECONHECIMENTO confirma se o reconhecimento de todos os alarmes de defeitos e se restabelece o estado anteri
51. ham com aplica es simples de interface com o operador para monitora o e acionamento at aplica es de qualquer porte que envolvam comunica o em rede local ou remota ou ainda que necessitem de troca de informa es entre banco de dados O programa Elipse Scada sempre o mesmo mas possui um dispositivo de seguran a hardkey que permite a utiliza o de algumas das caracter sticas do software Sem este dispositivo de seguran a o programa executado em vers o DEMO e permite apenas desenvolver aplica es com at 20 vari veis e execu o 50 por somente 10 minutos 4 2 ENTRADA DE DADOS O sistema de comunica o entre VisSim e o Elipse 5 foi feito atrav s da func o DDE Dinamic Data Exchange Troca Din mica de Dados que uma fun o do pr prio Windows sendo assim o maior desafio foi descobrir a sintaxe utilizada tanto no Elipse quanto no VisSim VisSim necess rio a inser o de blocos de comunica o DDE que s o os blocos DDEReceiver e DDESend Os blocos DDESend s o endere ados para escrever em um Tag que lido pelo Elipse atrav s da configura o do tag DDE Os blocos DDEReceiver s o configurados com o nome de tag usado na aplica o do Elipse Scada No Elipse Scada a comunica o feita atrav s de Tags quando necess rio pegar informa o do VisSim o tag ser do tipo DDE Quando o Elipse necessita enviar dados ao VisSim n o nece
52. ida e Sincroniza o tem por fun o estabelecer inicialmente um limite de abertura de 20 do distribuidor Este valor de 20 corresponde ao valor de ajuste denominado anteriormente de Partida e ap s a rota o atingir 90 esse valor alterado 10 correspondente abertura de marcha em vazio que garante a rota o nominal da unidade geradora Quando realizado o sincronismo da unidade com o sistema el trico esse valor alterado 43 100 permitindo o controle total da abertura do distribuidor para a tomada de carga Se por alguma raz o problemas mec nicos de vibrac o ou faixa operativa proibida devido a cavitac o excessiva com a m quina funcionado este valor pode ser ajustado pelo operador para um valor seguro que evite esses efeitos citados por exemplo 90 Ele trabalha com as vari veis RVEPARTIR 520 A fun o evitar que ocorra sobrevelocidade na partida Existe uma chave para ajuste de set point Os valores de set point pr definidos podem limitar a abertura em um valor de 20 na hora da partida e ap s a conex o com o sistema el trico podem chegar a 100 No caso de parada do RVE este bloco resetado atrav s da vari vel RVEPARAR retornando assim as condi es iniciais de opera o Para elabora o deste SP Limitador de Abertura foram utilizados portas l gicas OR NOT e AND blocos Merge um integrador um divisor e blocos comparadores A sa da deste bloco a vari vel LIMIT
53. lador A despressuriza o do acumulador ocorre automaticamente quando h movimenta o do servomotor estando a bomba de leo em processo de descarga O comando de pressuriza o dado pela sa da da v lvula de descarga que foi definida por 20B1 Para simular o tempo de pressuriza o e estabelecer os limites de varia o de press o no acumulador foram utilizados um bloco merge um integrador 37 um divisor tr s comparadores Foram definidos que os limites de press o est o entre 60 e 80 da press o m xima e que a press o m nima est em 50 As vari veis de sa da s o 63A PT para indicac o da press o de sa da 63A H para indicac o de limite superior de press o 63A L para indicac o de limite inferior de press o e 63A LL para indicac o de press o m nima Para cada vari vel foi inserido um sinalizador luminoso para mostrar qual a faixa de operac o do acumulador sendo que esta faixa foi definida entre 0 4 MPa 40 e 0 8 MPa 80 Para ensaio foi inserido um mostrador anal gico para indicac o do valor num rico de press o As vari veis do acumulador s o pr condi es para acionamento da v lvula de descarga v lvula de isolamento e eletro v lvula de emerg ncia FIGURA 09 ACUMULADOR re Pressartar Sept 63A PT Acumulador il 63A H e Ih rior 634 L Despressurizar Pressao Minima BIA Lo FONTE O AUTOR A v lvula de isolamento deve evitar a fug
54. licar no cone ESTATISMO na caixa de di logo 18 Ligar o modo Estatismo 19 Ajustar valor para 1 e executar 81 20 Verificar Servomotor Abertura Velocidade Pot ncia 21 Esperar 15 segundos 22 Desligar modo Estatismo 23 Verificar Servomotor Abertura Velocidade e Pot ncia 12 CASO SUBFREQU NCIA DO SISTEMA MANTIDA 98 POR 30 SEGUNDOS MODO DE REGULAC O DE VELOCIDADE SEQU NCIA DE 1 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina A RR Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 8 Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor 9 Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou opc o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 50 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade Abertura e Pot ncia nos mostradores da tela 14 Clicar na tela de Set Point a tecla VELOCIDADE 15 Verificar Modo de Regula o 82 16 Verificar Pot ncia 17 Clicar no cone ESTATISMO na caixa de di logo 18 Ligar o modo Estatismo 19 Ajustar valor para 2 e
55. linear A transforma o de n o linear em linear e normalmente realizada por uma func o linearizadora que n o est inclu da aqui POTREAL 90 10 1 100 ABERTREF Foi tamb m inserida uma chave que permite o ajuste externo de set point No caso de parada do RVE este bloco resetado atrav s da vari vel RVEPARAR retornando assim as condi es iniciais de opera o Para elabora o deste componente SP Abertura foram utilizadas portas l gicas OR NOT e AND blocos Merge um integrador um divisor e blocos comparadores A sa da deste bloco a vari vel ABERTREF Um display indica o valor de refer ncia de abertura do distribuidor FIGURA 20 SP ABERTURA SP ABERTURA ADERTREF FONTE O AUTOR Para estabelecer um valor de refer ncia de velocidade foi implementado o bloco SP Velocidade Internamente a este bloco foi criado o bloco SPextvel Para seu funcionamento ele avalia a vari vel ROT que valor de rota o medido no eixo da turbina Estes valores de refer ncia de velocidade devem permitir uma varia o de at 5 do valor nominal da velocidade conforme as equa es 2 e 3 que 45 segundo MANCINI FILHO 1985 atendem as caracter sticas de operac o de unidade geradora A equac o 2 est de acordo com a caracter stica de estatismo embora n o o seja com ajuste de 5 isto para abertura de 10 corresponde pot ncia ativa igual a zero tem se VELREF 100 e para a abertura de 100
56. lipse possa trabalhar Voltar para a plataforma do Elipse Para o funcionamento b sico do Simulador do Regulador de Velocidade utiliza se a tela do regulador Hidr ulico Esta tela cont m a maioria dos comandos de opera es e acionamentos dos dispositivos do regulador Para melhor esclarecimento vamos estudar alguns casos que facilitar o o entendimento do Regulador de Velocidade 69 CASOS PR TICOS PARA SIMULA O Nos casos pr ticos para simula o consideram se satisfeitas as condi es provenientes de outros equipamentos associados turbina ao gerador ao sistema de excita o atomada d gua ao transformador elevador a subesta o e servi os auxiliares de corrente alternada e de corrente cont nua tais como a comporta da tomada d gua normalmente aberta b v lvula de gua de resfriamento aberta c freios do gerador soltos na partida d mancal de escova lubrificado e sistema de excita o ligado na partida da m quina antes do fechamento do disjuntor da unidade sincroniza o Manobras manuais ou autom ticas desses equipamentos citados n o fazem parte do escopo deste simulador Os principais casos pr ticos para simula o sao a partida normal da unidade at a rota o nominal sincroniza o e tomada de carga at 100 c parada normal da unidade rejei o de carga ativa sem parada da unidade rejei o de carga ativa devido a uma parada de emerg ncia f comuta
57. motivos Por exemplo o desempenho de motores de corrente alternada fun o da frequ ncia e a frequ ncia nominal tamb m exigida por cargas nobres como computadores Mas o motivo mais importante para manter a frequ ncia igual ao seu valor nominal o fato de que ela um indicador de que o balan o de pot ncia ativa est sendo adequadamente cumprido Isto a pot ncia ativa fornecida pelos geradores do sistema igual a pot ncia ativa solicitada pelas cargas Assim controlando se a velocidade de turbina que est ligada ao gerador controla se essencialmente a pot ncia ativa e consequentemente a frequ ncia O regulador de velocidade basicamente monitora a velocidade do conjunto turbina gerador e controla o torque mec nico da turbina de modo a fazer com que a pot ncia el trica gerada pela unidade se adapte s varia es de carga e que em desvios de frequ ncia haja restabelecimento de seu valor nominal Portanto a an lise do funcionamento do regulador de velocidade para turbinas hidr ulicas muito importante para a forma o dos futuros engenheiros do 2 setor el trico O ideal seria que as institui es de ensino superior fossem dotadas de laborat rios esses equipamentos mas suas dimens es e custos tornam esta medida invi vel Sendo assim uma alternativa para suprir esta car ncia a elabora o de um modelo em dimens es menores que execute de forma semelhante todas as fun es do original frent
58. na mais complexa a modelagem do sistema Blocos e liga es entre eles s o as ferramentas b sicas Cada bloco corresponde a uma fun o l gica ou matem tica espec fica ou tamb m pode ser uma vari vel de entrada ou v rias sa das como gr ficos medidas e sinaliza o A fun o pode ser simples como uma sen ide ou complicada como uma fun o de transfer ncia o programa fornece dezenas de blocos com suporte linear e n o linear A rela o visual do diagrama de bloco oferece um m todo simples para construir modificar e manter modelos de sistema O m todo de simula o fornece solu es r pidas e exatas para o tempo linear n o linear cont nuo e tempo discreto dos sistemas analisados O VisSim fornece um ambiente inteiramente integrado do sistema de controle onde todas as tarefas e condi es de simula o podem ser especificadas sem escrever uma linha do c digo Quando VisSim simula um modelo ele resolve numericamente as equa es que definem o sistema e calcula a sa da do mesmo Se variarmos os 35 par metros do sistema programa calcula imediatamente as modifica es e as inclui na simulac o Para resolver equac es diferenciais o programa disp e de v rios algoritmos de integrac o tais como Euler e Runge Kutta os quais apresentam um compromisso entre precis o e rapidez A simulac o de cada bloco foi realizada separadamente Ap s todos os blocos satisfazerem as condi es de funcionamento durant
59. o para press o de zero a 150 da press o m xima normal de operac o um conjunto de pressostatos com chave de merc rio e uma chave de n vel para a l gica de comando da unidade Para cada unidade existe um sistema de ar comprimido para carregamento inicial e manutenc o da press o do acumulador O sistema inclui compressor acionado por motor el trico purgador de umidade filtros arrefecedores prote es de guarda para correia e polia tubulac o e v lvula de protec o As v lvulas do circuito hidr ulico de comando dos servomotores de acionamento das palhetas montado em um nico conjunto Todas as v lvulas hidr ulicas tubula es s o projetadas arranjadas de maneira a eliminar automaticamente o ar quando do enchimento do leo e a impedir a entrada de ar no sistema em qualquer condi o de opera o As v lvulas de descarga descarregam no reservat rio sem press o o leo quando h sobrepress o no circuito hidr ulico ou quando o n vel de leo do acumulador est alto Neste ltimo caso uma v lvula de intermit ncia percebe pela press o o n vel do acumulador e aciona a v lvula de descarga A v lvula de isolamento faz o isolamento entre o acumulador de press o e o regulador hidr ulico A v lvula acionada hidraulicamente utilizando o leo do acumulador de press o e o comando de abertura e fechamento realizado por uma eletro v lvula Para o controle e supervis o da operac o da v lvula de isolamento
60. o regulador de velocidade para v rias situa es de opera o de uma unidade geradora dentre elas destacam se a partida da turbina a regula o de velocidade a tomada de carga e a parada da turbina O modelo do regulador de velocidade gen rico mas foi implementado para trabalhar apenas com turbinas hidr ulicas Francis que s o as mais utilizadas no Brasil tanto para grandes quanto para pequenas centrais hidrel tricas COMPOSI O DAS TELAS As telas possuem anima es que ilustram os principais componentes do regulador de velocidade Para efetuar as diversas fun es bot es relacionam o componente espec fico com o comando desejado a fim de facilitar a opera o As indica es das principais grandezas envolvidas s o ilustradas atrav s de medidores que mostram a varia o das mesmas durante a opera o ou atrav s de um display O valor de uma grandeza pode ser alterado atrav s de uma tela de ajuste de set point Para mudar de uma tela para outra na parte inferior da tela existe uma caixa de di logo para sele o da op o desejada 62 Na figura a seguir temos a tela inicial do simulador Simulador de Regulador de Velocidade para Turbinas Hidr ulicas Francis Samulodar Onestados Projeto Final Engenharia Eletrot onica 20 02 03 16 02 40 FIGURA 1 TELA INICIAL DO SIMULADOR 63 Na figura seguir temos a tela principal do simulador TELA PRINCIPA
61. olve se uma curva de pr comando de regula o de pot ncia em fun o da abertura do distribuidor A regula o propriamente dita deve apenas controlar a imprecis o desta curva A caracter stica da curva de pr comando consiste em uma curva com 10 suportes entre as quais se faz uma interpola o linear Se estiver ligada a regula o de velocidade ou regula o de abertura estar em vigor um acompanhamento do ajuste de regula o de pot ncia de modo que na comuta o para regula o de pot ncia a abertura do distribuidor inicialmente mantida Al m disso a sa da do circuito de regula o de pot ncia 25 acompanha a abertura do distribuidor de modo que 6 feita sem bruscas O desvio da velocidade medida da m quina em relac o velocidade nominal superposta regula o de pot ncia sendo o grau vari vel de influ ncia da frequ ncia definido pelo estatismo pot ncia frequ ncia ajust vel s vezes chamado de regula o permanente de velocidade Devido a esse estatismo pot ncia frequ ncia a m quina contribui para a estabilidade da frequ ncia da rede 2 3 4 Limita es de abertura e pot ncia A abertura do distribuidor pode ser limitada por um limite m ximo fixado par metro Al m disso feita uma limita o m nima limita o de fechamento que tem efeito com o disjuntor do gerador fechado e durante a opera o interligada O limite de abertura
62. ominado regula o secund ria de velocidade De acordo com o estatismo temos o regulador is crono e o regulador com queda de velocidade O estatismo do regulador pode ser definido como a rela o entre a varia o de rota o e a rota o nominal da m quina Podemos avaliar isto pelo gr fico da figura 4 Podemos definir ent o que estatismo a inclina o da reta pois o tg 0 Para o 0 temos o regulador is crono conforme a curva da figura 5 No regulador is crono para qualquer abertura do distribuidor temos a m quina operando na rota o nominal entretanto na pr tica n o utilizado pois apresenta muitos inconvenientes No regulador com queda de velocidade a m quina opera ainda com rota o nominal para as diferentes aberturas do distribuidor s que ocorre um deslocamento paralelo da reta com a mesma inclina o o como mostra a figura 6 A caracter stica do estatismo garante a distribui o adequada de carga entre todas as m quinas em paralelo com o sistema el trico quando ocorrer uma varia o desta carga 31 FIGURA 04 CURVA ESTATISMO 100 P 0 100 1 pu Estatismo Wo Rota o nominal P Pot ncia ativa AW valores em pu Wo 1 pu AP 100 temos que tg FONTE ANOTA ES DE AULA NOTA DISCIPLINA DE GERA O DE ENERGIA CEFET PR FIGURA 05 CURVA ESTATISMO REGULADOR IS CRONO FONTE ANOTAC ES DE AULA NOTA DISCIPLINA DE GERA
63. or Se o defeito ainda estiver presente a confirma o de reconhecimento n o poss vel Ao comutar a chave ENTRADA DE PAR METROS passa a ser habilitada altera o de par metros A tecla ALARMES ativa a tela de manuten o de alarmes J a tecla DATA HORA mostra a data e hora atual no canto superior direito da tela por alguns segundos 20 Um amplificador de sa da usado para o controle do conversor eletro hidr ulico Nesse amplificador o ponto de regulac o da abertura comparado com o valor real da abertura Dependendo da diferenca a v lvula proporcional operada por meio de uma amplificac o ajust vel sistema de controle de posicionamento Al m disso uma corrente alternada superposta ao sinal evitando atrito est tico na v lvula Um controle adicional de loop para a posi o da v lvula de controle principal tamb m implementado neste amplificador Os dispositivos necess rios para medic o e detecc o de sinais velocidade posic o etc est o localizados na m quina ou em sua proximidade poss vel que alguns amplificadores ou transdutores sejam integrados no cub culo do regulador A alimentac o do regulador feita de forma redundante ou seja existem dois conversores DC DC de 125 Vcc 24 Vcc conectados em paralelo Caso haja alguma falha em um dos conversores o outro assume instantaneamente toda a carga sem causar interrupc o no funcionamento do regulador Os amplificadores isoladores
64. or de modo que a gua ao atravessar o rotor da turbina aproxima se constantemente do eixo S o rigorosamente centr petas e permitem o uso de um tubo para conduzir a gua at um po o chamado de tubo de suc o A fun o do tubo de suc o manter a continuidade da massa l quida em escoamento impedindo que caia livremente conseguindo desse modo um aumento da queda hidr ulica Por consequ ncia ocorre um aumento na pot ncia da turbina pois houve transforma o da energia cin tica que possui a gua ao sair em energia de press o Em opera o a gua entra no rotor pela periferia ap s passar pelas p s diretrizes as quais guiam o l quido em um ngulo adequado para a entrada das p s do rotor deixando o mesmo axialmente em rela o ao eixo O distribuidor das turbinas Francis constitu do de um conjunto de p s diretrizes dispostas em volta do rotor podendo ser ajustado um melhor ngulo de entrada para cada valor de descarga obtendo um m nimo de perdas hidr ulicas As p s desta turbina possuem um eixo de rota o paralelo ao eixo da turbina e podem girar simultaneamente de um mesmo ngulo fazendo a se o de escoamento variar de uma admiss o m xima at o fechamento total As turbinas Francis modernas est o sempre ajustadas com as p s diretrizes e as mesmas s o comandadas pelo regulador de velocidade que ajustam a vaz o conforme a carga da turbina A turbina Francis pode ser executada tanto com eixo na hori
65. otor O regulador provido tamb m de um transdutor para medi o de pot ncia O transdutor de pot ncia usa tr s entradas de corrente e tr s entradas de tens o A sa da do transdutor de pot ncia um sinal de corrente de 4 a 20 mA correspondente a pot ncia gerada pela m quina A medi o de frequ ncia da rede s utilizada na partida autom tica da m quina levando o ajuste de velocidade para um valor correspondente a frequ ncia da rede J a medi o do curso da v lvula de comando necess ria para o caso onde a servo v lvula equipada com a realimenta o intermedi ria da posi o da v lvula de comando Para esta fun o est previsto um transdutor de posi o linear de deslocamento diretamente acoplado ao embolo da v lvula de comando Um rel de velocidade independente ao CLP faz a monitora o do sinal de sobrevelocidade Este dispositivo fornece ainda uma refer ncia anal gica da rota o que usada para o caso de falha na medi o digital de rota o O detector de movimento indevido um dispositivo capaz de detectar pequenos movimentos angulares do eixo ap s parada total da unidade Sinais digitais de entrada e sa da s o isolados por meio de optoacopladores e rel s Os sinais anal gicos sinais de corrente s o desacoplados por amplificadores isoladores Para o controle local manual de manuten o de ajuste de abertura do distribuidor existe uma chave instalada no cub culo do regulador A ab
66. para o estudo do tipo eletro hidr ulico digital com fun o P I Proporcional Integral com um canal de regulac o de pot ncia independente do canal de regulac o de rotac o possuindo al m do limitador de abertura um canal de regulac o de abertura com malha aberta para pot ncia ou rotac o este ltimo sem a caracter stica de estatismo Este regulador divide se em um circuito hidr ulico e um circuito eletr nico O circuito hidr ulico respons vel pelo acionamento do distribuidor da turbina e o circuito eletr nico respons vel pela elaborac o do sinal de controle adequado para que a regulac o seja est vel e precisa 2 2 1 Circuito Hidr ulico O circuito hidr ulico pode dividir se em duas partes distintas uma respons vel pela manutenc o do leo sob press o e outra contendo v lvulas que direcionam esse leo para o acionamento do servomotor de comando das palhetas diretrizes Este circuito hidr ulico segundo FILHO 1987 para projeto fabricac o e aquisic o de reguladores para COPEL deve ser composto por a reservat rio de leo sem press o o conjunto de bombas O acumulador ar leo sobre press o sistema de ar comprimido e v lvula de descarga f eletro v lvula de comando da v lvula de isolamento 0 acionamento hidr ulico h v lvula de isolamento 10 i v lvula distribuidora j atuador eletro hidr ulico eletro v lvula de emerg ncia
67. pode ser ajustado como desejar por exemplo o limite de carga do gerador mas normalmente colocado em 100 A limita o permanece ativa em todos os modos de regula o inclusive durante a partida da m quina A pot ncia el trica da m quina pode ser limitada a um valor m ximo atrav s do limitador de pot ncia que ajustado atrav s de um par metro Esta limita o efetiva em qualquer modo de opera o Por m durante o processo din mico r pidas aberturas do distribuidor o limite pode ser excedido por curtos per odos de tempo Quando o disjuntor do gerador est fechado o regulador pode operar como compensador s ncrono atrav s de comando remoto O distribuidor ser fechado completamente Ap s a remo o do comando remoto o distribuidor ser aberto rapidamente at uma reabertura pr definida que pode ser ajustada por entrada de par metro Essa reabertura vale por um intervalo de tempo pr ajustado Em seguida o regulador comuta automaticamente para regula o de velocidade ou dependendo de um par metro comuta para a regula o de pot ncia 26 2 4 FUN ES ADICIONAIS REGULADOR VELOCIDADE ELETR NICO O sistema de opera o e monitora o do regulador digital considerado para este estudo permite que o operador emita os comandos atrav s de um teclado multifuncional espec fico O operador deve navegar facilmente pelas telas do sistema examinando tend ncias das vari veis principais par metros do regul
68. que corresponde pot ncia ativa de 100 corresponde VELREF 105 O mesmo ocorre para a equac o 3 isto POTREAL 0 corresponde a VELREF 100 e POTREAL 100 corresponde a VELREF 105 ABERTREAL 10 e 100 2 VELREF 100 3 vELREF a Foi tamb m inserida uma chave que permite o ajuste externo de set point No caso de parada do RVE este bloco resetado atrav s da vari vel RVEPARAR retornando assim as condi es iniciais de opera o Para elabora o deste SP Velocidade foram utilizadas portas l gicas OR NOT e AND blocos Merge um integrador um divisor e blocos comparadores A sa da deste bloco a vari vel VELREF Um display indica o valor de refer ncia de velocidade FIGURA 21 SP VELOCIDADE SP VELOCIDADE vere Hal FONTE O AUTOR Para estabelecer um valor de refer ncia de pot ncia foi implementado o bloco SP Pot ncia Internamente a este bloco foi criado o bloco SPextpot Para seu funcionamento ele avalia a vari vel 52G verificando se o disjuntor n o est desligado Estes valores de refer ncia de pot ncia devem considerar 10 de pot ncia gasta na partida da turbina bem como manter a velocidade nominal da m quina constante independente da quantidade de pot ncia dentro de sua capacidade injetada no sistema el trico conforme as equac es 4 e 5 que segundo 46 MANCINI FILHO 1985 atendem as caracter sticas de de uma unidade geradora
69. que est aplicada Para simulac o desta trava foram utilizados um bloco set reset um bloco merge um divisor um integrador e dois comparadores Um sinalizador luminoso mostra o estado de operac o da trava FIGURA 12 TRAVA HIDR ULICA A 20 DESAPLICADA VA Trava Hidr ulica APLICAR qr 2 A 335M F FONTE O AUTOR A v lvula distribuidora deve fechar e abrir o servomotor Para acionamento desta v lvula foi levado em conta o erro de posicionamento do servomotor que dado pelas vari veis SM ZT REF SM ZT e a pr pria posi o da v lvula distribuidora que dada pela vari vel VD ZT REF que vem do circuito eletr nico com isto o atuador eletro hidr ulico j considerado Para a simula o desta v lvula foram utilizados um bloco somador um divisor e um integrador A constante de tempo de abertura ou fechamento ficou definida em 0 5s FIGURA 13 V LVULA DISTRIBUIDORA v lvula Distribuidora YD ZT Do 0 FONTE O AUTOR O servomotor respons vel pela abertura do distribuidor que permite a entrada de gua na turbina O acionamento do servomotor dado pela vari vel VD ZT que a sa da da v lvula distribuidora Para simula o do servomotor foram utilizados um bloco divisor e um integrador Um display mostra a posi o do servomotor A sa da do servomotor a vari vel SM ZT 40 FIGURA 14 SERVOMOTOR VD ZT 0l
70. r valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou op o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 100 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 14 Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia 15 Verificar Servomotor Velocidade Modo de Regulac o 74 6 CASO COMUTA O DOS MODOS DE REGULA O POT NCIA VELOCIDADE E ABERTURA SEM OSCILA O DE POT NCIA SEQU NCIA DE OPERA O 1 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina DINOS 0 Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 8 Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor 9 Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar cone RVE ou F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 50 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar v
71. rada de Emerg ncia 21 Clicar em Fechar V lvula de Isolamento 22 Desligar Bomba 4 CASO REJEI O DE CARGA ATIVA SEM PARADA DA UNIDADE SEQU NCIA DE OPERA O 1 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina ES A Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 8 Velocidade em 100 e modo de regula o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor 9 Verificar se o modo de regula o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou op o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 100 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade e Pot ncia nos 73 mostradores da tela 14 Clicar em Ligar Disjuntor 15 Verificar Disjuntor Modo Regula o Velocidade Servomotor 5 CASO REJEI O DE CARGA ATIVA DEVIDO UMA PARADA DE EMERG NCIA SEQU NCIA DE OPERA O A OU 9 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Desnergizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina Verifica
72. rificar valores dos par metros de Pot ncia 28 Ajustar na tela de Set Point o valor de 104 no VELOCIDADE 29 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 30 Verificar valores dos par metros de Pot ncia 31 Ajustar na tela de Set Point o valor de 105 VELOCIDADE 32 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 33 Verificar valores dos par metros de Pot ncia 80 11 CASO SOBREFREQU NCIA DO SISTEMA MANTIDA 101 POR 30 SEGUNDOS MODO DE REGULA O DE VELOCIDADE SEQU NCIA DE 1 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina DINOS E Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade Pot ncia nos mostradores da tela 8 Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor 9 Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou opc o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 50 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade Abertura e Pot ncia nos mostradores da tela 14 Clicar na tela de Set Point a tecla VELOCIDADE 15 Verificar Modo de Regulac o 16 Verificar a Pot ncia 17 C
73. s casos pr ticos para simulac o foram descritos acima Por m este programa uma ferramenta muito poderosa e pode ser utilizado para muitas outras simulac es no que diz respeito aos reguladores de velocidade Para parada normal da unidade em todos os casos descritos seguir os passos 17 ao 22 do 3 Caso Qualquer d vida a respeito do simulador do Regulador de Velocidade para Turbinas Francis acesse http pessoal onda com Br strapa e contate os membros da equipe para maiores esclarecimentos 85 Fotos Equipe Da esquerda para a direita Edmar Julio Marcelo Prof Mancini Viviane Miguel
74. ss rio tag especial pois VisSim l qualquer tipo de tag do Elipse A sintaxe de comunica o no VisSim pode ser vista na figura 25 FIGURA 25 SINTAXE DE COMUNICA O 51 DDE Receive Link Configure ServerlTopic ELIPSEl plica o Receive Item bomba 1 Custom Update Interval 0 Synchronous Operation Output Dimension Scalar vY Name Image Copy Link OK Help Cancel DDE Send Link Configure ServeilTopic VisSimlDiagram Send Item 4281 Custom Update Interval 0 Poke Data Output Dimension Scalar Y Bitmap Name Image Copy Link Help Cancel FONTE O AUTOR Uma tela de configura o do Elipse mostrada na figura abaixo 52 FIGURA 26 TELA DE CONFIGURA O Organizer tea Aplta o Tags tua lava tus valy isola bonba 1 e despressuriza YE Fualy Fmeig ncia O cr fico Fot RE YE A fuel Ac amidader CI e Abertura a Dispunter 520 q mostra vel y Pot rcia Servemator Tuina YO Valvuda Distribuir Velocidace CI Setpuird EE Trava Hidr ulica val Isolamento FONTE O AUTOR Nome Geral Alarmes Re e ncia Ciuzade Moot omba kuda tpa para Descr o Z da 30mba Hidr ulca Nume du sav dur Ed T pico Diay aum
75. ssui capacidade de descarga superior a 2 5 vezes o deslocamento para o curso dos servomotores de acionamento do distribuidor por minuto quando est trabalhando sob press o m xima normal de opera o Para cada bomba conectada uma v lvula de al vio de capacidade suficiente para d bito 11 pleno e servico cont nuo operando press o 10 acima da normal de operac o Tamb m conectada uma v lvula de retenc o em cada bomba para impedir o retorno do leo com o motor parado Para o controle e operac o das bombas existe um registro com conex o apropriada para o acoplamento de um man metro ligado na sa da de cada bomba um pressostato com chave de merc rio montado na tubulac o de sa da da bomba para atuar durante o ciclo de descarga e suportar a press o de operac o e um man metro para medic o da press o de servico do regulador O acumulador ar leo sob press o inclui um tanque de press o no qual leo e ar s o armazenados destinado a suprir energia hidr ulica ao regulador e servomotores no caso de falta de energia para alimentac o dos motores que acionam as bombas Em todas as tubulac es entre o acumulador e outros equipamentos existem registros manuais pr ximos ao tanque O controle de press o do acumulador efetuado por meio de uma v lvula de descarga A v lvula de descarga operada por press o de leo piloto ou eletricamente abre e fecha firmemente nas press es ajustadas O acumulador provido
76. tar na tela de Set Point o valor de 100 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 3 CASO PARADA NORMAL DA UNIDADE SEQU NCIA DE A RR 9 Na Tela Principal selecionar comando F2 Hidr ulico Clicar em Ligar Bomba Clicar em Abrir V lvula de Isolamento Clicar em Energizar Eletrov lvula de Emerg ncia Clicar em Desaplicar V lvula Hidr ulica Clicar em Partir Turbina Verificar valores dos par metros de Abertura Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela Velocidade em 100 e modo de regulac o em Abertura clicar em Ligar Disjuntor Verificar se o modo de regulac o est em Pot ncia 10 Clicar no cone RVE ou opc o F5 RVE na caixa de di logo 11 Ajustar na tela de Set Point o valor de 100 no campo Pot ncia 12 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 13 Verificar valores dos par metros de Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 14 Para parada ajustar na tela de Set Point o valor de 0 no campo Pot ncia 72 15 Clicar em gt gt para ajuste de novo valor 16 Verificar valores dos par metros de Velocidade e Pot ncia nos mostradores da tela 17 Clicar no Desligar Disjuntor 18 Clicar em Parar Turbina 19 Verificar valores dos par metros de Velocidade e Servomotor 20 Clicar em Desenergizar V lvula de Pa
77. tir um sinal de velocidade Se a velocidade permanecer nula gerado um sinal de sa da de defeito falha de detec o de velocidade Al m disso o sinal de defeito ativado se sa da watchdog do m dulo contador ficar desenergizada ou se o sinal de velocidade cair abaixo de 70 com o disjuntor do gerador fechado Os dispositivos de medi o de velocidade independentes do CLP tamb m s o monitorados pelo CLP Para tanto os sinais anal gicos gerados pelos dispositivos separados s o introduzidos no CLP e monitorados quanto a falha de sinal O desvio entre a realimenta o da posi o real do distribuidor e o ajuste de regula o da posi o gerado pelo CLP monitorado Se o desvio permanecer maior que 5 durante um per odo de tempo pr definido emitido o sinal de falha de controle de abertura Essa falha pode ser causada por um defeito el trico ou 29 hidr ulico no circuito de controle piloto Os seguintes sinais de falhas s o reconhecidos pelo regulador da turbina e s o enviados como sa das de sinais de falhas externamente atrav s de contatos livres de potencial a O o falha em ambos CLP S ou apenas um falha no transdutor de posi o falha no controle de abertura falha no sensor de rotac o sobrevelocidade primeiro n vel sobrevelocidade segundo n vel falha no conversor DC DC detecc o de movimento indevido da turbina falha no sinal de frequ ncia d
78. tores das bombas de leo eletro v lvulas motor do compressor escolha de bomba preferencial e l mpadas de sinalizac o de partida e parada dos motores FIGURA 02 DIAGRAMA EM BLOCOS DO CIRCUITO HIDR ULICO AR COMPRIMIDO SOBRE PRESS O ELETRO VA LV LLA DE CO Wa DIO ML LILA DE ENTO VALVULA DISTRE UIDORA ELETRO A Ly ULA DE DS TRE VIDOR EMERGE DA TURE ha RESE RVAT RIO TANQUE DE LEO SEU PRESS O FONTE DE AULA NOTA DISCIPLINA DE GERA O DE ENERGIA CEFET PR 2 2 2 Circuito Eletr nico O sinal de controle fornecido por este circuito atua comandando a abertura ou fechamento do servomotor Este circuito deve ajustar valores de refer ncia verificar erro de velocidade executar caracter sticas P I D do compensador fornecer caracter stica de estatismo controlar pot ncia ativa e limitar abertura do distribuidor Este circuito segundo ESTEVE e BENTO JUNIOR 2000 para o modelo de regulador digital fabricado pela VOITH SIEMENS deve ser composto por 16 a dispositivos de monitora o de pot ncia frequ ncia rota o da turbina e abertura do distribuidor b dispositivos de ajuste de valor de refer ncia de pot ncia frequ ncia rota o da turbina e abertura do distribuidor c regulador de velocidade d regulador de pot ncia e dispositivo de sele o do tipo de controle f seletor valor m nimo O hardware de um regulador digital espec fico
79. trada e pressiona se ENTER Logo ap s seleciona se com as teclas do cursor o campo de entrada dos valores digita se o novo valor desejado para o par metro indicado e pressiona se ENTER Para transferir o novo valor para o CLP pressiona se a tecla CONFIRMA O A transfer ncia s ser poss vel se a chave ENTRADA DE PAR METROS estiver na posi o que habilita a altera o O novo valor ent o mostrado na lista de par metros presente 28 na tela Os par metros assim ajustados s o mantidos mesmo caso de falta de tens o Se a queda de tens o ocorrer durante um longo per odo de tempo em caso de nova partida s o carregados os valores deixados EPROM durante comissionamento Se os valores modificados tiverem que ser armazenados na EPROM ela dever ser reprogramada O regulador da turbina forma v rios valores limites exigidos pelo sistema de controle da central hidrel trica e os envia atrav s de rel s de isolac o Todos os valores limites podem ser variados atrav s de entrada de par metros 2 4 3 Monitora o Todos os sinais anal gicos introduzidos no regulador s o monitorados para verifica o da falta de sinal isto se um sinal de entrada cair abaixo de um valor m nimo pr definido o regulador gera um sinal de falha O sinal de velocidade medido verificado em fun o da abertura do distribuidor isto se o servomotor est aberto por um per odo de tempo bem definido deve exis
80. ual Basic Elipse Scada ou Intouch do regulador de velocidade completo incluir no simulador interativo o controle do sistema de fornecimento de leo sob press o de controle de posic o do servomotor para os casos de partida e parada da turbina de regula o da frequ ncia de limita o de abertura do distribuidor e de ajuste de pot ncia ativa elaborar um manual para utiliza o do simulador 1 3 METODOLOGIA A metodologia para a realiza o deste projeto foi baseada na execu o de a b atividades inicialmente propostas Cada componente da equipe estava associado a uma ou mais atividades sempre com o acompanhamento do professor orientador O per odo para realiza o das atividades seguiu um cronograma definido No final de cada m s foi realizada uma reuni o para avalia o e revis o das atividades As principais atividades realizadas para este projeto foram as seguintes pesquisa detalhada a fim de reunir a bibliografia necess ria para o estudo do caso an lise e estudo do sistema de regula o de velocidade atrav s de aulas que foram ministradas pelo professor orientador 4 elaborac o de um descritivo sobre o princ pio de funcionamento e partes componentes do circuito hidr ulico e eletr nico atrav s de bibliografia encontrada d definic o de um modelo matem tico atrav s de diagramas em blocos que representam os elementos do regulador de velocidade para turbinas hidr ulicas e test
81. ue habilita o Modo de Regula o de Velocidade MIN m nimo POT pot ncia POTREF vari vel que define um valor de refer ncia de pot ncia RABERT vari vel que indica se o Modo de Regula o de Abertura est ativo REF refer ncia ROT rota o RPOT vari vel que indica se o Modo de Regula o de Pot ncia est ativo RVE regulador de velocidade eletr nico RVH regulador de velocidade hidr ulico RVEL vari vel que indica se o Modo de Regula o de Velocidade est ativo RVEPARTIR vari vel que indica a partida do regulador de velocidade eletr nico RVEPARAR vari vel que indica a parada do regulador de velocidade eletr nico SEL sele o SM ZT vari vel que indica o valor de deslocamento realizado pelo servomotor SP set point SWO switch VD ZT vari vel de sa da da V lvula Distribuidora que controla o deslocamento do servomotor 58 VELREF vari vel que define um valor de refer ncia de velocidade 20 1 vari vel que indica o estado de operac o da v lvula de descarga 20VFE vari vel que indica o estado de operac o da eletro v lvula de emerg ncia 33SM F vari vel que indica o fechamento do Servomotor 33TH A vari vel que indica a aplica o da trava hidr ulica 33TH D vari vel que indica o destravamento da trava hidr ulica 33VI A vari vel que indica a abertura da V lvula de Isolamento 33VI F vari vel que indica o fechamento da V lvula de Isolamento 42B1 vari vel
82. ulas de controle com a eletro v lvula de bloqueio do regulador desligada age no sentido de fechamento das palhetas O servomotor o dispositivo que efetua a abertura ou fechamento do distribuidor atrav s do comando de controle que chega ao circuito hidr ulico pelo atuador O funcionamento b sico do servomotor que atrav s da v lvula distribuidora ele recebe leo sob press o em sua c mara vindo a provocar abertura ou fechamento do distribuidor A realimentac o est tica da posi o do servomotor o elemento que fornece ao regulador a informac o acerca de grau de abertura do servomotor ao qual ele conectado atrav s de um sistema de alavanca Esta realimentac o consiste de um dispositivo transformador diferencial eletromec nico que fornece um sinal de sa da proporcional ao deslocamento do servomotor A unidade completada com chaves de ajuste de limites Existe ainda uma trava hidr ulica que acionada em caso de emerg ncia vindo a provocar o fechamento do servomotor A v lvula de parada de emerg ncia acionada diretamente pelo dispositivo mec nico de sobre velocidade montado no eixo da turbina e fecha completamente as palhetas na velocidade normal de fechamento independentemente da opera o do transdutor eletro hidr ulico O rearme desta v lvula manual 15 Para cada regulador existe um painel para comando individual dos equipamentos do sistema de leo Nele constam seletores de comando local dos mo
83. usados t m uma isola o galv nica entre a entrada e a sa da e opcionalmente entre a alimenta o e a entrada e sa da A sa da n o tem efeito sobre a entrada Sensores indutivos de proximidade associados a um disco dentado servem para detec o da velocidade Para um funcionamento correto a dist ncia entre sensor e dente deve ser de 1 0 2 mm A fixa o dos sensores deve ser verificada regularmente Na rota o nominal a frequ ncia gerada de 120 Hz Um conversor frequ ncia corrente que gera uma sa da de 4 a 20 mA atua como transdutor de velocidade Ser utilizado um m dulo contador no CLP que recebe os pulsos diretamente de uma das sondas de rota o Dois transdutores capacitivos de medi o angular s o empregados como transmissores da posi o do distribuidor Se um dos transdutores falhar o regulador comutar para o segundo transmissor A posi o fechada corresponde a um sinal de 4 mA e a posi o totalmente aberta corresponde a um sinal de 20 mA Dois 21 potenci metros s o acess veis depois de aberta a tampa da carcaca calibrac o da faixa de sinal Uma vez que os potenci metros tem influ ncia m tua o balanceamento deve ser repetido v rias vezes Antes disso deve se ajustar o eixo do transmissor de posic o de modo que a abertura do distribuidor provoque um sinal crescente Opcionalmente em casos especiais pode ser utilizado um transdutor linear de deslocamento acoplado diretamente no servom
84. zontal quanto na vertical A constru o com o eixo na horizontal ou seja a rotor trabalhando verticalmente utilizado para pequenas unidades nesse caso apoiado em mancais 8 de deslizamentos radiais e dispensam a utiliza o de guias Quando construc o de eixo vertical mancais guias e mancal de escora axial s o utilizados A turbina Francis uma das mais difundidas e utilizadas no Brasil tanto para grandes quanto para pequenas centrais hidrel tricas FIGURA 01 TURBINA TIPO FRANCIS FONTE ITAIPU BINACIONAL 2 2 DESCRIC O GERAL DO REGULADOR DE VELOCIDADE No sistema el trico brasileiro temos basicamente tr s gera es de reguladores de velocidade os mec nicos os eletr nicos anal gicos e os digitais Um grande n mero de usinas hidrel tricas opera ainda com reguladores mec nicos muitas delas de forma prec ria Com o avan o da eletr nica foi poss vel a moderniza o destes reguladores Os reguladores digitais est o cada vez mais baratos possuem um grande n mero de fun es de controle n o necessitam de m o de obra qualificada e podem ser diagnosticados adist ncia via modem Outros aspectos importantes como ndice de confiabilidade e disponibilidade integra o do controle supervis rio com aquisic o de dados s o fundamentais para a minimizac o dos custos de operac o e manutenc o de uma usina O regulador de velocidade para turbinas Francis de grande pot ncia considerado

simulador de regulador de velocidade para turbinas

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