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1. 54 4 4 1 Etapas dos Testes para Usinas de Autorrestabelecimento Parcial 54 4 4 2 Condi es para Aprova o dos Testes Parciais 55 do NOONSIGeLaCOCS FINAIS r 55 viii 5 CONSIDERA ES SOBRE AS DIRETRIZES PARA PROJETOS DE USINAS HIDREL TRICAS NA PERSPECTIVA DOS TESTES DE RECOMPOSICA O aaa E 58 Sd Considera es INICIAIS 58 5 2 Etapas B sicas para Implanta o de Usinas Hidrel tricas 58 5 3 Diretrizes para Elabora o do Projeto B sico Aspectos Institucionais UEC IO a E 60 5 4 Investiga o dos Crit rios Gerais do Projeto B sico 61 5 5 Requisitos T cnicos para Conex o de Usinas Hidrel tricas na Rede B sica Segundo Procedimentos de Rede do ONS 64 56 CONSIderacoesS FINAIS russia 65 6 SIAPE PROPOSTA APLICADA A PROJETOS DE USINAS DE AUTORRESTABELECIMENTO uai adais os na aa i E idis pe ias sie pares dese 66 bel CONSIdera Es INICIAIS resaka 66 6 2 Especifica es para Projeto de Usinas Hidrel tricas Visando Simula o das Condi es de Perturba o para Realiza o dos Testes de HECOMPOSI O espessas bass SED CRS ae sa DS e ni 67 6 3 SIAPE Simulador Autom tico de Perturba o 76 6 3 1 SAPE Visao Gelal sean en DA os ua o a a 76 6 3 2 SIAPE Estratifica o do Bloco Execu o do Teste Parcial 79 6 3 3 SIAPE Estratifica o do Bloco Ex
2. Reservat rio k Jusante c Integrada casa de for a Figura 3 1 Tipos de tomada d gua Fonte CEPEL 2007 Barragem a principal fun o da barragem na usina proporcionar o desn vel da gua a montante e a jusante em fun o do qual gerada a energia fornecida pela mesma A interrup o do rio pela barragem pode ou n o formar um reservat rio que tenha como finalidade o armazenamento da gua Sendo assim h dois tipos b sicos de reservat rios Reservat rio a Fio D gua N o tem a fun o de acumular gua as usinas geram energia com o fluxo do rio utilizando a velocidade da gua n o s o necess rios grandes desn veis e por isso reduzem as reas de alagamento Reservat rio de Acumula o Permite o ac mulo de gua possibilitando o armazenamento para utiliza o desta gua para utiliza o nos per odos de seca tal reservat rio permite o armazenamento de energia e a regula o da vaz o a ser turbinada visando a uma maior autonomia sobre a gera o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 17 Chamin de Equil brio tem a finalidade de estabilizar altera es de press o na turbina que ocorrem em fun o de varia es de vaz o durante modifica es de carga Um exemplo de chamin de equil brio mostrado na figura 3 2 x 3 E J q gt J J J Figura 3 2 Chamin de equil
3. Cap tulo 4 An lise da Rotina para Execu o dos Testes Reais de Recomposi o 56 E N de Usinas E Aprovado E Aprovado com Ressalva E N o Aprovado E N o Realizado 2011 2012 Figura 4 1 Condi o dos testes de recomposi o no SIN Fonte adaptado de VERBOONEN 2012 E Aprovado E Aprovado com Ressalva 9 E N o Aprovado E N o Realizado 2010 2011 2012 Figura 4 2 Condi o dos testes de recomposi o no SIN em Fonte adaptado de VERBOONEN 2012 Em 2012 10 dos testes n o foram aprovados e a mesma porcentagem de testes n o foi realizada Este resultado n o assegura confiabilidade para o SIN porque dependendo da sua import ncia uma usina em falha durante uma perturba o real pode comprometer o restabelecimento da rea onde est instalada Desta forma o ONS ao verificar a reprova o ou a n o execu o dos testes avalia reclassificar a usina quanto sua participa o no processo de recomposi o durante uma perturba o real As dificuldades s o oriundas principalmente de projetos que n o contemplam a necessidade futura de realiza o dos testes exigindo que os Cap tulo 4 An lise da Rotina para Execu o dos Testes Reais de Recomposi o 57 agentes de gera o elaborem estrat gias que sejam seguras para a simula o das condi es de perturba o Nem sempre a formula o de tais estrat gias fact vel Alguns problemas para ex
4. Figura 3 30 Porta escova Figura 3 29 Escova Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 37 O gerador ainda possui um mancal de guia que garante UG uma rota o conc ntrica e suave com qualquer velocidade entre zero e a rota o de disparo da turbina Ele absorve as for as radiais provenientes de pequenos e inevit veis desbalanceamentos do rotor e de irregularidades magn ticas causadas pelas toler ncias inerentes ao processo de fabrica o e montagem 3 3 7 Sistema de Frenagem O sistema de frenagem tem a finalidade de cessar a rota o da UG Ele composto por macacos de freio alimentados por ar comprimido e por um bal o de ar Os macacos de freio figura 3 31 possuem contatos fim de curso para supervis o Este sistema deve estar desaplicado quando a UG estiver operando como gerador ou compensador s ncrono e deve estar aplicado quando a UG estiver parada A n o desaplica o do sistema de frenagem constitui falta de pr condi es de partida para a UG e impede a sua liga o r f Ed z e P A e goma S ao Figura 3 31 Macaco de freio 3 3 8 Transformadores Elevadores O transformador elevador figura 3 32 tem a finalidade de elevar o n vel de tens o da energia gerada para que esta seja transmitida com menos perdas el tricas Para desempenhar de forma adequada as suas fun es o transformador necessita dos diversos dispositivos perif r
5. es seguras e confi veis interrompendo a sequ ncia de partida O primeiro passo para iniciar a liga o da unidade geradora justamente que suas pr condi es estejam satisfeitas As pr condi es de partida gen ricas s o listadas na tabela 3 2 Tabela 3 2 Pr condi es de Partida da UG Prote es el tricas e mec nicas desoperadas e desbloqueadas 2 Seccionadora de aterramento de neutro do gerador fechada 2 N vel de leo do reservat rio do regulador de velocidade normal 4 N vel normal de leo das cubas dos mancais 5 V lvula de gua industrial em opera o normal 5 Bombas de circula o de leo dos mancais dispon veis para opera o 3 Bomba de leo do regulador de velocidade disponivel para opera o 13 Fluxo normal de gua da veda o do eixo da turbina Regulador de tens o em opera o normal Tens o de alimenta o normal para o sistema de prote o el trica Disjuntor de interliga o da unidade geradora aberto Sistema de sincronismo em opera o normal A sequ ncia de partida da UG n o trivial e constitui se num conjunto de passos intertravados entre si que podem ter in cio ap s todas as pr condi es de partida terem sido satisfeitas A tabela 3 3 apresenta a sequ ncia de partida gen rica de uma usina contendo os passos bem como suas respectivas consequ ncias e finalidades Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tr
6. o de n vel do reservat rio e do canal de fuga Sistema de drenagem Sistemas de ventila o e ar condicionado Sistema geral de prote o contra inc ndio Fonte ELETROBRAS 1999 AP NDICE A Crit rios para Projetos Eletromec nicos 97 Sistemas de Supervis o Controle e Prote o Dever o ser definidas as filosofias de prote o controle e supervis o das unidades geradoras abrangendo e Defini o da arquitetura dos sistemas de supervis o e controle incluindo os diversos n veis hier rquicos de opera o e controle de equipamentos e Defini o dos rel s de prote o do gerador transformador elevador e v o de interliga o a partir de estudos das caracter sticas de gera o e conting ncias operacionais Fonte ELETROBRAS 1999 Sistemas de Utilidades Dever ser analisada a necessidade de sistemas de utilidades para complementar os auxiliares da usina tais como e Tratamento e distribui o de gua pot vel e Coleta e tratamento de esgoto Fonte ELETROBRAS 1999 Condutos para Cabos eletrodutos prateleiras e canaletas A escolha do tipo de conduto a ser empregado em cada rea dever considerar os seguintes aspecios e Adequa o do conduto ao ambiente e Prote o de fia o e Facilidade de instala o da fia o e Ocupa o ordenada dos condutos Fonte ELETROBRAS 1999 Sistemas de Comunica o Os sistemas de comunica o da usina ser o definidos nesta fase do pr
7. o s o estruturas sens veis a gr os de areia que podem estar contidos na gua de veda o Desta forma a gua para veda o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 30 deslizante deve ser filtrada A figura 3 17 apresenta filtros denominados hidrociclone que t m a finalidade de fazer a filtragem da gua para a veda o deslizante Figura 3 17 Filtros hidrociclones Componente integrante do sistema da turbina o mancal de escora que tem a finalidade de sustentar o peso das partes girantes da turbina garantindo estabilidade mesma E composto de sapatas e est continuamente submerso num reservat rio de leo O leo refrigerado injetado atrav s de bombas entre as sapaitas Durante toda a opera o da UG o leo dever circular no mancal de escora temperatura o fluxo e o n vel de leo s o pr condi es para entrada e perman ncia em opera o da UG Assim a bomba de alta press o uma carga essencial da usina e normalmente suprida pelo servi o auxiliar CA A alimenta o de leo do mancal de escora deve permanecer constantemente ligada durante a opera o da turbina e esta receber comando de desligamento em caso de falha neste sistema Uma bomba acionada pelo motor el trico succiona o leo do tanque fazendo com que o mesmo passe atrav s dos trocadores de calor onde o leo refrigerado Em seguida ele passa por um filtro antes de ser inje
8. Uma unidade geradora produz muita energia calor fica especialmente pelo fato de haver grande quantidade de massa em movimento Desta forma previsto um sistema de resfriamento que pode ser por gua ou leo de refrigera o e trocadores de calor Al m da gua para refrigera o a usina tamb m necessita de um sistema de gua industrial para uso geral Um exemplo de sistema de gua industrial e resfriamento mostrado no diagrama da figura 3 41 Este sistema formado pela rede principal de capta o tratamento e manipula o de toda a gua requerida no interior da usina Esta gua n o aquela utilizada diretamente para a impuls o das turbinas Normalmente o sistema de gua industrial e de resfriamento supre gua para a refrigera o das unidades geradoras regulador de velocidade e Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 41 mancais SPCI Sistema de Prote o Contra Inc ndio veda o deslizante apresentada no item Turbina limpeza e usos gerais na usina MEA ro UNIDADE 3 UNIDADE 2 Seema qua UNIDADE 1 Y Y Y i i A Y Y 4 EN FI 301 Galeria de a Galeria de fl Galeria de D j Drenagem Drenagem Drenagem Galeria Galeria m Galeria o Mec nica CC Ro Mec nica ES VR201 Mec nica Po NRO Boto Bo Autom tico Y W Bo sstom tico Remoto B 9 Remoto B 4 Remoto te sm i X q m te E 4 Paa einig etru eiun Figura 3 41 Sistema de gua industrial e resfr
9. o total ocorram de forma manual ou seja o operador do agente pode manobrar diversos circuitos manualmente inclusive realizar comuta es do servi o auxiliar Como apresentado no cap tulo 3 o servi o auxiliar de uma usina um sistema complexo que ao ser manobrado manualmente acarreta muitas manobras que podem provocar erros e consequentemente reprova o dos testes e at mesmo falhas durante uma perturba o real Entretanto algumas usinas t m o seu servi o auxiliar capaz de comutar fontes automaticamente Desta forma interessante que a usina tenha todas as suas unidades geradoras paradas proporcionando comuta es entre fontes e suprimento de cargas de forma autom tica sem interven o humana Estas a es s o relevantes porque evitam erros humanos e testam a plena disponibilidade dos v rios componentes do servi o auxiliar CA Cabe ressaltar que ainda h usinas no SIN que possuem comuta o do servi o auxiliar apenas de forma manual Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 69 Proposta Recomenda se que os servi os auxiliares de usinas hidrel tricas sejam projetados de forma que suas fontes comutem entre si automaticamente evitando erros de manobras durante os testes e proporcionando maior facilidade na realiza o dos mesmos Ainda quanto ao servi o auxiliar CA interessante mesclar durante a realiza o do teste simult neo unidades geradoras que
10. 5 5 Requisitos T cnicos para Conex o de Usinas Hidrel tricas na Rede B sica Segundo Procedimentos de Rede do ONS Cumpridas as etapas de projeto as usinas podem ser conectadas ao SIN desde que cumpram os crit rios de opera o previstos no documento Procedimentos de Rede do ONS ONS 2010 Tal documento determina que os acessos de usinas atendam aos indicadores de desempenho da rede b sica definidos pelo ONS Nesta etapa de interliga o tornam se mais expl citas as diretrizes relativas ao processo de recomposi o E determinante que as usinas n o reduzam a flexibilidade de recomposi o da rede el trica seja em fun o de limita es dos seus equipamentos seja em fun o do tempo de recomposi o Adicionalmente a responsabilidade quanto influ ncia que o gerador ter no SIN ou nas suas instala es do acessante O procedimento determina especificamente para o ponto de conex o e para a rea de influ ncia que devem ocorrer verifica es quanto Ao n vel de curto circuito com a presen a da central geradora A capacidade de disjuntores barramentos transformadores de corrente e malhas de terra A adequa o dos sistemas de prote o envolvidos com a integra o do gerador A avalia o param trica dos reguladores de tens o de velocidade e dos sinais estabilizadores ONS 2010 Verifica se tamb m que este documento ONS 2010 mais pr ximo fase de opera o n o cont m dir
11. A atua o deste rel quase sempre significa defeito grave no transformador X Figura 3 35 Rel de g s Figura 3 34 Tanque de expans o do transformador elevador Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 39 O comutador de tapes figura 3 36 tem a fun o de permitir mudan as da rela o de espiras conforme necessidade do sistema el trico Figura 3 36 Comutador de tapes O sistema de refrigera o dos transformadores composto por radiadores e ventiladores localizados nestes radiadores S o tr s os modos de opera o do sistema de refrigera o e ONAN leo Normal Ar Normal O resfriamento feito naturalmente sem a opera o de ventiladores O leo circula por correntes de convec o atrav s do n cleo e radiadores e ONAF leo Normal Ar For ado O resfriamento feito atrav s de 50 dos ventiladores figura 3 37 em opera o E denominado 1 est gio de refrigera o e ONAF Il O resfriamento feito por 100 dos ventiladores em opera o que fazem a circula o for ada do leo atrav s do n cleo e radiadores E denominado 2 est gio de refrigera o Falhas no sistema de refrigera o podem provocar eleva o de temperatura do leo do transformador provocando limita o de gera o ou desarme da unidade geradora pelo sistema de refrigera o A v lvula de seguran a figura 3 38 est localizada no tanque do trans
12. conforme j introduzido uma estrutura civil que cont m comportas figura 3 47 com a finalidade de drenar gua do reservat rio Figura 3 46 Estrutura civil do vertedouro p Figura 3 47 Comporta do vertedouro Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 45 H grande diversidade de projetos mas no sistema deste exemplo o acionamento de cada comporia feito por cilindros hidr ulicos controlados por central leo din mica figura 3 48 com duas bombas e ainda um conjunto motobomba para o caso de falta de energia Figura 3 48 Central leo din mica do vertedouro A comporta possui sensores cuja fun o confirmar a sua posi o Essas posi es podem ser de comporta totalmente fechada comporta totalmente aberta comporta aberta extremamente Para o comando de abertura da comporta o leo proveniente da suc o da bomba vai direto aos cilindros hidr ulicos Quando atingida a posi o desejada a comporta cessa seu movimento de abertura Para o fechamento da comporta ocorrer libera o da drenagem do leo das c maras dos cilindros hidr ulicos e ent o a comporta inicia seu movimento de fechamento Quando a posi o desejada atingida ocorre o comando de fechamento da drenagem de leo e a comporta cessa seu movimento para fechar A abertura manual e sem energia da comporta poder ser realizada atrav s de v rios dispositivos dentre e
13. equipamentos estes que podem ter sua vida til reduzida com surtos de tens o provocados pela realiza o dos testes Verifica se que em alguns projetos de usinas h consumidores ligados radialmente UH e consequentemente dependem exclusivamente desta usina para suprimento de suas cargas A realiza o de testes nestas usinas pode resultar em desligamento dos consumidores Observa se que em fun o de vig ncia dos ndices de fiscaliza o da ANEEL cada vez mais prejudicial para as empresas indisponibilizar o suprimento de energia para os clientes sendo necess rio durante os testes manter fonte de energia para consumidores em opera o normalmente A figura 6 1 apresenta um diagrama de uma subesta o com os clientes A B e C supridos exclusivamente pela usina Figura 6 1 Esta o com suprimento dos consumidores indicados em linha tracejada exclusivo pela usina Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 73 Proposta Recomenda se que n o haja consumidores supridos radialmente via usina hidrel trica para que sejam evitados desligamentos durante a realiza o do teste ou mesmo que a sua realiza o fique impossibilitada Com a necessidade de se ligarem as UGs em barra desenergizada durante o teste integral simult neo a configura o do barramento relevante e pode impactar significativamente a realiza o dos testes Bom exemplo a esse respeito o indic
14. es para simula o das condi es de perturba o Tendo como base a experi ncia pr tica e acad mica dos autores os itens seguintes apresentam uma proposta de especifica o de sistemas e circuitos para usinas hidrel tricas que favore am a simula o das condi es de contorno dos testes reais de recomposi o O prop sito o de estreitar a lacuna existente entre a fase de projeto e a fase de opera o quanto demanda de realiza o deste tipo de teste Observa se ainda que as t cnicas apresentadas tamb m podem ser utilizadas para adaptar as usinas j existentes Este trabalho se constitui numa realimenta o para a fase de projetos de usinas hidrel tricas de forma a apontar as necessidades verificadas durante a fase de opera o Neste contexto conhecidos os requisitos atuais para aprova o e realiza o dos testes reais de recomposi o e investigados alguns dos principais desafios transpostos pelos agentes poss vel propor melhorias s plantas de gera o visando sua execu o 6 2 Especifica es para Projeto de Usinas Hidrel tricas Visando Simula o das Condi es de Perturba o para Realiza o dos Testes de Recomposi o Este item apresenta as especifica es para sistemas e circuitos que possibilitem a execu o dos testes para que no item seguinte seja abordada a filosofia do SIAPE O trabalho aponta para pontos relevantes que devem ser observados durante a fase de projeto de usin
15. nicas Nestas diretrizes s o aplicados padr es de confiabilidade seguran a economia pr ticas de engenharia de projetos normas t cnicas elabora o de desenhos e especifica es e montagem de equipamentos ELETROBRAS 1999 Quanto aos projetos civis e hidr ulicos os trabalhos investigados recomendam o atendimento a normas aceitas internacionalmente ou as desenvolvidas pelo setor el trico brasileiro Estes estudos definem os requisitos de n veis de gua dados do reservat rio dados de desvio e fechamento do rio barragens diques chamin de equil brio canal de fuga rg os extravasores e circuito hidr ulico de gera o dentre outros CEPEL 2007 Cap tulo 5 Considera es sobre as Diretrizes para Projetos de Usinas Hidrel tricas na Perspectiva 62 dos Testes de Recomposi o Com enfoque nas diretrizes para projetos eletromec nicos foram consultados v rios trabalhos e dentre eles cita se o documento Diretrizes para Elabora o de Projeto B sico de Usinas Hidrel tricas ELETROBRAS 1999 Este recomenda que sejam estabelecidos os requisitos de seguran a e o grau de automa o previsto para a opera o da usina o qual condicionar os projetos e os n veis de monitoramento e supervis o dos equipamentos e dos sistemas auxiliares Adicionalmente para a seguran a da usina recomenda se a fixa o de coeficientes de seguran a e n veis de prote o bem como a utiliza o de tecnologias aprovadas
16. o mantidos fechados As barras GA e GB t m suas cargas supridas pela fonte externa de 13 8kV via disjuntores 1F4 e 2F4 Os disjuntores 52G1 52G2A 52G2B e 52G3 permanecer o abertos A figura 3 11 apresenta a configura o com a indisponibilidade das UG1 UG2 e UG3 p SE p SE p SE Fonte Externa 13 8KV las 1F4 2F4 GB 5263 52GB 52G2B 52DB 52GA 52G1 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B1 52A1 52B2 52A2 52B3 52A3 52B4 52A4 52B5 52A5 52A6 Figura 3 11 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA com UG1 UG2 e UG3 fora de opera o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 26 e Comuta o Autom tica Considerando UG1 e UG2 ou UG2 e UG3 indispon veis Estando em opera o apenas uma UG UG1 ou UG2 ou UG3 esta assumir todas as cargas do servi o auxiliar atrav s da comuta o dos disjuntores de final T As figuras 3 12 e 3 13 apresentam as configura es estando apenas as UG1 e UG3 respectivamente em opera o p SE p SE p SE Fonte Externa 13 8 KV Em 1F4 PB pa e RA GB 5263 52GB 52G2B 52DB 52GA 52G1 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B6 52A6 52B1 52A1 52B2 52A2 52B3 52A3 52B4 52A4 52B5 52A5 EOE Ee CCN O aaa Oae a aaee A S Oaa aeS E SS ORRA aaa E OOSA Saee Oa e
17. os componentes do SIN bem como suas atribui es Adicionalmente s o indicadas as redes existentes a defini o de cada uma e a hierarquia a que est o submetidas 2 2 1 Institui es do Setor El trico Atualmente o setor el trico composto por v rias institui es que possuem atribui es especificas com a finalidade de assegurar a manuten o e os objetivos que deram origem sua reformula o A figura 2 1 adaptada de CCEE 2012 identifica tais institui es e mostra a hierarquia existente entre elas Cap tulo 2 O Sistema Interligado Nacional 7 CNPE Conselho Nacional de Comit de pe E Ri Minist rio de Minas e Empresa de Pesquisa Setor El trico Energia Energ tica a 6 Nacional N Energia El trica CCEE E C mara de pedia aee de Comercializa o de istema Energia Figura 2 1 Institui es do setor el trico brasileiro Fonte Adaptado de CCEE 2012 CNPE Conselho Nacional de Pol tica Energ tica Conselho Nacional de Pol tica Energ tica CNPE criado pela Lei n 9 478 de 6 de agosto de 1997 tem a atribui o de propor ao Presidente da Rep blica pol ticas nacionais e medidas espec ficas relacionadas energia S o seus integrantes o Ministro de Estado de Minas e Energia que o preside o Ministro de Estado da Ci ncia e Tecnologia o Ministro de Estado do Planejamento Or amento e Gest o o Ministro de Estado da Fazenda o Ministro de Estado do Meio Ambi
18. AN LISE DE PERTURBA O ONS RE 3 252 2009 ONS Dezembro 2009 PROCEDIMENTOS DE REDE DO ONS M dulo 14 Administra o de Servi os Ancilares 2009 PROCEDIMENTOS DE REDE DO ONS subm dulo 3 6 Requisitos T cnicos M nimos para a Conex o s Instala es de Transmiss o PROCEDIMENTOS DE REDE Subm dulo 20 1 Gloss rio de termos t cnicos ONS revis o 1 0 PROCEDIMENTOS DE REDE Subm dulo 10 1 Manual de Procedimentos da Opera o ONS revis o 1 1 RO RR BR 01 Testes Reais de Recomposi o nas Usinas de Autorrestabelecimento ONS revis o 19 ROCHA G C Estudo sobre Servi os Auxiliares El tricos de Usinas Hidrel tricas Monografia do Curso de Especializa o em Sistema El trico de Pot ncia Orientadora Vale M Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte 2010 SOUZA J A PINTO A P Solu es Encontradas pela CEMIG para realiza o dos Testes Reais de Recomposi o de Conforme RO RR BR SEPOPE Simp sio de Especialistas em Planejamento da Opera o e Expans o El trica Rio de Janeiro Brasil 20 a 23 de Maio 2012 SOUZA J A Melhorias Implantadas nas Usinas da CEMIG a partir de Observa es dos Testes Reais de Recomposi o conforme RO RR BR 01 SENOP Semin rio Nacional de Operadores de Sistemas e de Instala es El tricas S o Paulo Brasil 11 a 14 de Junho 2012 Refer
19. Dado o alto n mero de paradas e partidas que a realiza o dos testes provoca em unidades geradoras geminadas recomend vel que este tipo de configura o n o ocorra L Nesse contexto interessante que haja barramento desenergizado e dispon vel para realiza o dos testes Uma configura o exemplo e que se adequa a mostrada na figura 6 5 denominada disjuntor e meio ITUM JAGU MARIMB AVER ITAGUA l ES E o 886 Figura 6 5 Esta o com subesta o na configura o O e meio B2 Pode se observar que a condi o de blecaute cr tica Mas desafio maior constitui a simula o destas condi es para realiza o do teste tendo em vista a variedade de projetos existentes Observa se que estas dificuldades n o s o em rela o recomposi o durante uma perturba o real mas sim de simular as condi es de perturba o de acordo com a rotina RO RR BR 01 mantendo os demais equipamentos em opera o normal e segura Observa se que as estrat gias adotadas para simula o das condi es de perturba o se tornam muito dependentes de interven o humana Nesse contexto os envolvidos devem verificar as vari veis pertinentes a fim de evitar o dano da reprova o dos testes pelo descumprimento da rotina manobras indevidas desligamentos de outros sistemas danos ambientais e as popula es ribeirinhas relevante que todos estes cuidados estejam embutidos em uma ferramenta que tenha a capaci
20. Dr Gl ud io i l ta i I i j EM E ama 5 E Dra Rosilen Nietzsch Dias LRC UFMG Testes Reais de Recomposi o Proposta Aplicada a Projetos de Usinas Hidrel tricas de Autorrestabelecimento Jenaina Aparecida de Souza Disserta o de Mestrado apresentada ao Colegiado do Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais em 18 de junho de 2014 Convidado Especial ha E ti E Aiia sm Eng Heber Assis Garcias PO GT CEMIG Dedico esta disserta o ao meu amado Jesus e aos seguintes Francisco Dirce Geraldo Geisa e Fabiano as pessoas mais importantes na minha vida AGRADECIMENTOS Ao meu Deus que enviou Jesus com o prop sito de dar a vida eterna a todo aquele que Nele crer A esse Deus que me chama de amiga se importando e insistindo em me surpreender com o seu amor constrangedor De forma graciosa sempre me revelando que os seus planos e projetos s o maiores e melhores que os meus Pois Ele quem tem o poder para dobrar o cora o de quem Ele quiser simplesmente para me aben oar Aos meus pais por terem acreditado mesmo quando n o havia no que crer pois todas as circunst ncias diziam n o mas eles com humildade e sabedoria escolheram dizer sim Ao meu p ozinho de mel Fabiano pelo ombro aconchegante pela compreens o paci ncia e apoio durante este per odo Ao
21. GA tem suas cargas supridas pela UG1 via disjuntor 52G1 O disjuntor 52G2A referente UG2 permanece aberto pois as cargas da barra GA j estar o supridas atrav s da UG1 via disjuntor 52GA A figura 3 9 apresenta a configura o com a UG3 fora de opera o p SE p SE p SE Fonte Externa 13 8KV nm los no GB 5263 52GB 52G2B 52DB 52GA 52G1 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52A2 52A4 52B5 52A5 52B3 52A3 52B4 52B2 52B1 52A1 52A6 Figura 3 9 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA com UG3 fora de opera o e Comuta o Autom tica Considerando UG1 e UG3 Indispon veis Estando as UG1 e UG3 fora de opera o as cargas das barras GA e GB s o supridas pela UG2 via disjuntores 52G2A e 52G2B A figura 3 10 mostra a configura o com a indisponibilidade das UG1 e UGB3 Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 25 GB 5263 52GB 52GA 52G1 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B6 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B6 52A6 52B1 52A1 52B2 52B3 52A3 52B4 52A4 52B5 52A5 Figura 3 10 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA com UG1 e UG3 fora de opera o e Comuta o Autom tica Considerando UG1 UG2 e UG3 Indispon veis Estando as UG1 UG2 e UG3 indispon veis os disjuntores 52GA e 52GB s
22. Perif ricos isrcirenricininsririnicinrtanersrian nan 29 doa SISt ma GO JEXCIA O euveeoaertonaere eroro eerren rET IrrOTNri 33 3 3 5 Sistema de Regula o de Velocidade 33 3 39 6 Gerador Servicos Perif rico S nenun 34 3 3 7 Sistema de Frenagem e eereeeeeeeereree erre reeanos 37 3 3 8 Transformadores Elevadores erra 37 vii 3 3 9 Sistema de Ar Comprimido erraram 40 3 3 10 Sistema de gua Industrial e de Resfriamento das Unidades Erda ERACRR E PRE REC REDE PEN RR PEDRO CR RRCRV DO AE EE E 40 3 3 11 Tomada D gua Servi os Perif ricos im 42 33 12 Vertedouro Servi os Perif ricos uisuibaiasiaiiinianadoiivalaid dia deiaiaia da 44 3 3 13 Grupo Motor Gerador a Diesel de Emerg ncia 46 3 4 Sequ ncia Gen rica para Conex o e Desconex o da Unidade Geradora do0 SISTEMA pasa a 46 35 Considera es FINAIS aaa a a a 49 4 AN LISE DA ROTINA PARA EXECU O DOS TESTES REAIS DE RE COMPOSI OAO a DE 50 Ai COnsSideracoesNiCiAiS sessen 50 4 2 Testes de Recomposi o Conceitos Fundamentais 50 4 3 Metodologia para Realiza o dos Testes Integrais 53 4 3 1 Etapas dos Testes para Usinas de Autorrestabelecimento Integral 53 4 3 2 Condi es para Aprova o dos Testes Integrais 53 4 4 Metodologia de Realiza o dos Testes Parciais
23. Se COCA TA Figura 3 12 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA com apenas UG1 em opera o p SE p SE p SE Fonte Externa 13 8KV 1F4 PA PB GB 5263 52GB 52G2B 52DB 52GA 52G1 52B1 52B2 5283 52B4 52B5 52B6 52A1 5242 5243 5244 5245 5246 52B1 52B2 52B3 52B4 S2B5 52B6 S2A1 52A2 52A3 S2A4 52A5 52A6 52B1 52A1 5246 52B2 52A2 52B3 52A3 52B4 52A4 52B5 52A5 Figura 3 13 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA com apenas UG3 em opera o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 27 e Comuta o Autom tica Considerando UG1 UG2 UG3 e LD de 13 8kV Indispon veis Ocorrendo indisponibilidade de todas as fontes priorit rias e secund ria haver a entrada em opera o dos GMGs da casa de for a e do vertedouro que depois de decorrido o tempo necess rio para a transfer ncia de fontes assumir apenas as cargas essenciais da casa de for a tomada d gua subesta o e vertedouro S o denominadas cargas essenciais aquelas necess rias parada e partida da UG abertura e fechamento das comportas do vertedouro e tomada d gua Ap s a partida do GMG da casa de for a e estando as barras GA e GB desenergizadas os disjuntores 52DA e 52DB fechar o suprindo as cargas essenciais das respectivas barras provocando a atua o do dispositivo de al vio de carga O al vio de carga efetuado em cada CM C
24. UGs 5 e 6 e o TP de sincronismo estiver localizado na se o S1 estando a chave indicada na figura aberta n o ser poss vel o sincronismo destas unidades podendo comprometer a realiza o do teste Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 74 Serv Aux ANNANAR Serv YNNA ANANN A sr to PY AR S1 Aux oa S S3 B1 LEETTTI poa B2 Figura 6 3 Esta o com barra principal seccion vel Situa o similar anterior mas piorada o barramento que n o permite seccionamento implicando necessariamente desligamento dos equipamentos ligados no barramento Proposta Recomenda se que barramentos do tipo barra principal e transfer ncia sejam seccion veis para dinamizar a liga o de unidades geradoras nas se es desenergizadas Adicionalmente necess rio que a refer ncia de tens o para os rel s de sincronismo estejam dispon veis nestas se es de barra Unidades geradoras geminadas como as mostradas na figura 6 4 tamb m s o cr ticas para a simula o das condi es de contorno para realiza o dos testes pois implicam muitas paradas e partidas visto que a unidade geradora a ser testada deve iniciar o teste conectada ao SIN UNJAGU LCBA PCOL B1 da 4 tl O A Figura 6 4 Esta o com unidades geradoras geminadas A2 P 4 ET Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 75 Proposta
25. autorrestabelecimento Um aspecto adicional que merece ser observado o fato de que projetos de usinas hidrel tricas t m passado por inova es ao longo dos anos em fun o das necessidades de adapta o s exig ncias do setor el trico Dentre elas citam se aquelas relacionadas ao circuito de al vio de carga do servi o auxiliar e ao circuito de exerc cio do GMG Grupo Motor Gerador a Diesel de Emerg ncia Tais inova es possibilitaram a automatiza o de processos rotineiros da opera o Considerando o exposto acima pode se caracterizar o objetivo desta disserta o propor diretrizes as reas de projeto de usinas hidrel tricas com vistas necessidade dos testes reais de recomposi o e especificar uma ferramenta que possa automatizar a realiza o destes esta ferramenta denominada SIAPE Simulador Autom tico de Perturba o Desta forma esta disserta o atua como um feedback da opera o rea de projeto de usinas hidrel tricas quanto aos quesitos requeridos pelos testes reais de recomposi o Pretende se com este trabalho que a partir das diretrizes propostas as usina constru das nesses moldes sejam capazes de simular as condi es de perturba o total ou parcial de maneira facilitada da mesma forma como ocorre com outros processos j automatizados em usinas hidrel tricas tais como partida e parada de unidades geradoras Uma contribui o adicional pretendida tornar o texto um docum
26. contemplem a necessidade de realiza o dos testes Esta proposta apresentada no cap tulo seguinte por meio de uma ferramenta computacional denominada SIAPE SIAPE PROPOSTA APLICADA A PROJETOS DE USINAS DE AUTORRESTABELECIMENTO 6 1 Considera es Iniciais O presente cap tulo prop e a especifica o da ferramenta computacional SIAPE aplicada s reas de projeto de usinas hidrel tricas visando inserir j nesta etapa meios para a simula o das condi es de perturba o e consequentemente a realiza o dos testes reais de recomposi o A especifica o proposta fruto da integra o de experi ncias pr ticas e acad micas Ela se baseia nos estudos registrados nos cap tulos anteriores e na experi ncia da autora desta disserta o na rea de opera o de sistemas de pot ncia em especial no controle restaurativo A rotina operacional mostrada no Cap tulo 4 se apresenta gen rica cabendo aos agentes elaborar estrat gias e implementar melhorias para superar in meros desafios e alcan ar o prop sito de executar e aprovar os testes Alguns destes desafios s o oriundos de usinas hidrel tricas projetadas sem a devida preocupa o com a necessidade futura de realiza o de testes Soma se a esses desafios o fato de que n o consta na literatura sobre projeto de usinas hidrel tricas diretriz espec fica para que tais projetos contemplem a possibilidade de simula o das condi es de perturba
27. de recomposi o a RO RR BR 01 ONS 2014 Esta cont m toda a metodologia relacionada aos testes bem como as condi es para a aprova o destes A responsabilidade por sua elabora o do ONS Conforme j comentado a motiva o inicial para a realiza o dos testes surgiu da ocorr ncia de uma perturba o de propor es sist micas ONS 2009 na qual os rg os competentes do setor el trico verificaram que muitas usinas de diferentes agentes n o foram capazes de proceder ao autorrestabelecimento de forma satisfat ria Nesta ocasi o a rotina estava em sua d cima segunda revis o A partir deste evento o ONS passou a fiscalizar de forma mais incisiva a realiza o dos testes inclusive com presen a in loco 4 2 Testes de Recomposi o Conceitos Fundamentais Apesar do uso ao longo dos cap tulos anteriores de termos pertinentes ao tema cabe aqui organiz los visando a uma melhor compreens o da rotina de testes Autorrestabelecimento Capacidade de uma unidade geradora ou usina geradora de sair de uma condi o de parada total para uma condi o que permita a opera o independentemente de fonte externa na alimenta o de seus servi os auxiliares Diz se tamb m black start Fonte ONS 2012 Recomposi o fluente Primeira fase da recomposi o do sistema interligado em que os procedimentos operacionais previamente estabelecidos permitem a recomposi o de reas de autorrestabe
28. de Seguran a ERAC Esquema Regional de Al vio de Carga GA Barramento de Corrente Alternada do Lado A GB Barramento de Corrente Alternada do Lado B GMG Grupo Motor Gerador a Diesel de Emerg ncia LD Linha de Distribui o ONAN leo Normal Ar Normal ONAF leo Normal Ar For ado SEP Sistema Especial de Prote o SIAPE Simulador Autom tico de Perturba o SPCI Sistema de Prote o Contra Inc ndio TP Transformador de Potencial UG Unidade Geradora UH Usina Hidrel trica VT Vertedouro LISTA DE ABREVIATURAS DOCUMENTOS E OUTROS CPSA Contrato de Presta o de Servi o Ancilar EIA Estudo de Impacto Ambiental ESS Encargos de Servi os do Sistema IO Instru o de Opera o LI Licen a de Instala o LO Licen a de Opera o xii LP Licen a Pr via NCO Subsistema Norte Centro Oeste NE Subsistema Nordeste PLD Pre o de Liquida o de Diferen as RIMA Relat rio de Impacto Ambiental RO RR BR 01 Rotina Operacional para Testes Reais de Recomposi o na Rede de Opera o S Subsistema Sul SE Subsistema Sudeste INTRODU O Este trabalho aborda o tema Recomposi o de Sistemas El tricos de Pot ncia em especial os aspectos relacionados capacidade de autorrestabelecimento das UHs Usinas Hidrel tricas Apesar dos procedimentos de restabelecimento j fazerem parte das atividades de Expans o e de Opera o dos sistemas el tricos quest es importantes ainda prec
29. el tricos desenvolvidos pelo ONS A figura 2 2 adaptada de ONS 2012a representa esquematicamente a composi o do Sistema Interligado Nacional Sistema Interligado Nacional SIN Instala es de interese para E Rede de simula o simula o Instala es de interese para Ea Rede de supervis o simula o Usinas despachadas centralizadamente Rede de opera o Rede complementar Rede b sica Figura 2 2 Composi o do Sistema Interligado Nacional Fonte Adaptado de ONS 2012 importante salientar que a classifica o das usinas de autorrestabelecimento est mais relacionada com sua posi o estrat gica do que com sua pot ncia instalada De forma geral estas usinas s o despachadas centralizadamente e podem ou n o estar ligadas na rede b sica Nesse contexto poss vel observar no SIN usinas com pequena pot ncia muitas vezes nem ligadas na rede b sica classificadas para realiza o de testes Por outro lado usinas com grande pot ncia n o s o indicadas para a realiza o de testes Desta forma verifica se que a sele o da usina n o possui rela o com seu porte e sim sua posi o estrat gica na regi o de interesse para a recomposi o Cap tulo 2 O Sistema Interligado Nacional 11 2 2 4 Os Testes Reais de Recomposi o e a Opera o do SIN Tendo em vista a responsabilidade do ONS de coordena o controle e supervis o da opera o das instala e
30. geradoras tem sido cr tico fato que pode comprometer o per odo de realiza o do teste Quanto mais alta a velocidade s ncrona de uma UG maior ser seu tempo de frenagem Al m disso as folgas nas palhetas do distribuidor em fun o da continuidade de passagem da gua podem provocar maior dificuldade de frenagem Conclu do o processo de parada os auxiliares el tricos tais como bombas de refrigera o e exaustores s o desligados Esta fase corresponde aos passos Iniciar contagem de tempo necess rio para liga o da UG n Condi o de Frenagem e Aguardar aplica o do sistema de frenagem No pr ximo passo a UG restabelecida e ligada barra desenergizada utilizando exclusivamente o recurso de autorrestabelecimento concluindo desta forma o teste integral individual Todas as pr condi es de partida bem como o processo de liga o da UG est o apresentados no Cap tulo 3 atrav s das tabelas 3 2 e 3 3 respectivamente Esta fase corresponde aos passos Interligar UG n barra desenergizada e Fim do teste integral individual da UG P Todo o processo descrito acima deve ser repetido para as demais UGs Esta fase corresponde aos passos Condi o de Finaliza o e Selecionar a pr xima UG n Ap s a ltima unidade o teste integral individual finalizado e poder ser iniciado o teste simult neo o qual esquematizado no fluxograma da figura 6 11 Cap tulo 6 SIAPE P
31. m condi es de proceder a uma recomposi o em caso de perturba o real Os agentes devem encontrar estrat gias para simular as condi es de perturba o observando as limita es da usina e o ONS rea de estudos el tricos e energ ticos zela pela continuidade do fornecimento de energia Apesar da import ncia dessas estrat gias essencial a execu o dos testes para manter a confiabilidade da recomposi o bem como a opera o saud vel dos equipamentos Cabe ressaltar que o servi o Black Start para usinas de autorrestabelecimento um servi o ancilar pelo qual o agente remunerado e firma contrato com o ONS Diante disto o assunto servi o ancilar abordado no item seguinte 2 3 Servi os Ancilares Conceitua o Em um sistema de energia de grande extens o envolvendo v rias empresas desverticalizadas gera o transmiss o e distribui o necess rio contar com servi os suplementares que assegurem o funcionamento mais adequado da rede el trica Esses servi os denominados servi os ancilares s o exigidos para garantir a continuidade e a qualidade de suprimento de energia satisfatoriamente tanto com rela o aos n veis de tens o como nos de frequ ncia De forma geral tais recursos t m a finalidade de contribu rem para a garantia da operacionalidade do SIN e normalmente compreendem e Controles prim rio e secund rio de frequ ncia e suas reservas de pot ncia e Reserva de prontid
32. mais de uma unidade geradora proporcionando maior confiabilidade e dinamicidade aos testes e recomposi o numa perturba o real Adicionalmente observa se que visando proporcionar a redu o da capacidade do GMG e consequentemente seu custo implementado o circuito de al vio de carga em algumas usinas Este circuito tem o prop sito de desligar automaticamente as cargas n o essenciais fazendo o GMG suprir apenas as cargas essenciais da UG Entretanto em algumas usinas este esquema n o implementado e as cargas n o essenciais devem ser desligadas manualmente Tais manobras podem implicar erros tais como o desligamento de cargas essenciais para o restabelecimento da UG Proposta Recomenda se que os projetos de usinas hidrel tricas considerem a ativa o e a desativa o do sistema de al vio de cargas n o essenciais automaticamente Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 70 Para recomposi o da unidade geradora com vistas realiza o dos testes necess rio que o disjuntor de excita o inicial do GMG esteja desligado A finalidade desta a o comprovar que a magnetiza o do campo do GMG seja proveniente do seu pr prio banco de baterias ou recurso aut nomo que n o seja a fonte CA retificada para CC Atualmente muitos destes disjuntores s o desligados manualmente e requerido que sejam novamente religados ap s a conclus o do teste Pr
33. meio das bombas de circula o de leo O circuito de alimenta o de leo composto por bombas que conduzem o leo por tubula o at o trocador de calor onde resfriado Ap s o trocador de calor o leo passa por um filtro e em seguida retorna c mara do mancal O trocador de calor em funcionamento utiliza gua de refrigera o proveniente do sistema de gua de servi o da usina Em opera o normal pode haver acumulo de gua na tampa da turbina em fun o de obstru o na tubula o de drenagem ou por falha de alguma veda o Um eventual ac mulo de gua no interior da tampa da turbina evitado pela drenagem por gravidade atrav s de uma tubula o Caso ocorra eleva o anormal do n vel de gua no interior da tampa um ejetor acionado automaticamente Se o n vel de gua continuar a subir acionada uma Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 32 bomba Ap s a entrada em opera o da bomba ainda h outro dreno por gravidade Sendo assim pode haver a seguinte sequ ncia de drenagem Dreno por gravidade 1 Ejetor Bomba Dreno por gravidade 2 V lvula de aera o Nesse contexto necess rio definir os fen menos cavita o e v rtice A cavita o a forma o de bolhas de vapor que ocorre no interior de sistemas hidr ulicos Durante o escoamento podem ser formadas regi es com press o mais baixa Caso a press o abaixe at ating
34. na fabrica o e na montagem dos equipamentos Estes conceitos fundamentais que definem as caracter sticas t cnicas dos equipamentos eletromec nicos ter o efeito significativo sobre o custo global o desempenho e a vida til dos mesmos e podem impactar significativamente a disponibilidade da usina que est diretamente relacionada ao seu desempenho Quanto s quest es de seguran a o projeto b sico ainda recomenda que sejam previstos e Suprimento confi vel de energia el trica de emerg ncia Esta recomenda o visa ao suprimento dos equipamentos essenciais seguran a das instala es bombas de drenagem e esgotamento comportas dos rg os extravasores ilumina o de emerg ncia e do sistema de telecomunica es e ao suprimento de energia para partida de pelo menos uma unidade geradora Observa se que esta recomenda o n o considera a necessidade de simula o das condi es de perturba o que s o objeto deste trabalho e Comportas dos rg os extravasores As comportas extravasoras dever o ser projetadas para entrar em opera o em qualquer situa o que o reservat rio se encontrar e Seguran a do pessoal de opera o Devem ser previstos dispositivos e equipamentos que visem seguran a de pessoas Exemplos de equipamentos eletromec nicos a serem previstos s o ilumina o e ventila o adequada sinaliza o de reas internas rota de evacua o sistema de prote o contra inc ndio s
35. o Adicionalmente esta classifica o din mica e uma usina que atualmente n o classificada pelo ONS para realizar teste de recomposi o pode vir a ser reclassificada para realizar testes integrais ou parciais e vice versa em fun o de estudos el tricos do ONS e desempenho das usinas conforme apresentado no Cap tulo 5 Observa se mais uma vez que a realiza o dos testes n o tarefa trivial pois sua finalidade verificar a adequada inter rela o dos equipamentos da usina Esta inter rela o identificada no Cap tulo 3 Adicionalmente verifica se que nos ltimos anos tem ocorrido o amadurecimento de certas reas do sistema el trico Destacam se os processos de automa o e procedimentos de seguran a el trica A es que eram absolutamente manuais passaram a ser automatizadas Constituem exemplos de tal amadurecimento os circuitos de al vio de carga circuitos de exerc cio do GMG Esquemas Regionais de Al vio de Carga comandos autom ticos de convers o revers o parada e partida de unidades geradoras Esta nova situa o merece ser considerada Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 67 Do exposto conclui se pela import ncia de se considerar a possibilidade de execu o dos testes j na etapa de projeto da usina com o objetivo de adequ la a esta futura necessidade Nesta dire o proposta a ferramenta SIAPE de forma a automatizar as a
36. o entrar em funcionamento e permanecer at a abertura total da comporia Isto s ocorrer se estiverem satisfeitas as pr condi es de aus ncia de bloqueio mec nico de sobrevelocidade e p s da turbina fechadas O fechamento da comporta realizado atrav s da drenagem do leo do pist o proporcionando a descida da comporta por gravidade Estando a comporta na posi o totalmente aberta e se por fugas de leo do sistema esta eventualmente vier a descer a bomba de alta press o entra em opera o levando a comporta posi o totalmente aberta Caso haja falha no sistema de recupera o de posi o e a comporta continuar a descer mais acionado alarme de falha na recupera o e enviado um novo comando de partida para a bomba de alta press o Caso a comporta continue a descer a bomba desligada atrav s do sensor de comporta a deriva Havendo falha no sistema de recupera o de posi o e a comporta descer mais ainda cortando o fluxo de gua para a turbina s o atuados os sensores que imediatamente comandam o fechamento da comporia e o desligamento da UG A l gica de abertura e fechamento das comportas da tomada d gua feita atrav s de sensores de posi o que podem ser do tipo mostrado na figura 3 45 Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 44 Figura 3 45 Fins de curso 3 3 12 Vertedouro Servi os Perif ricos O Vertedouro figura 3 46
37. possuem deriva o para o servi o auxiliar com unidades geradoras que n o possuem deriva o para o servi o auxiliar Estas unidades geradoras devem ser ligadas simultaneamente a uma barra desenergizada Proposta Nesse contexto recomenda se que devem ser previstas condi es de liga o na barra desenergizada de unidades geradoras que possuem deriva o para o servi o auxiliar simultaneamente a unidades geradoras que n o a possuem Uma usina cuja comuta o entre fontes de energia para o servi o auxiliar ocorre automaticamente tem como premissa que a parada de todas as UGs leva comuta o entre as fontes e consequentemente proporciona tal suprimento mesmo estando todas as unidades desligadas Durante a realiza o do teste a parada de todas as UGs da usina proporciona a verifica o do pleno funcionamento dos dispositivos do servi o auxiliar bem como suas comuta es Tal fato acarreta o suprimento das cargas essenciais pelo recurso de autorrestabelecimento que pode ser um GMG Alguns GMGs t m capacidade de suprir apenas as cargas essenciais de uma UG Obviamente quando tal sistema funciona esta primeira unidade geradora poder suprir todas as demais cargas mas seria interessante haver um GMG com maior capacidade que pudesse suprir o maior n mero de unidades geradoras poss vel Proposta Recomenda se que os recursos de autorrestabelecimento de usinas hidrel tricas sejam capazes de suprir a carga essencial de
38. que a UG pare inclusive com aplica o do sistema de frenagem durante o individual e esta UG deve ser ligada a uma barra desenergizada por um per odo determinado pela rotina Similarmente ao parcial devem ocorrer testes simult neos ou individuais A estratifica o do bloco Execu o do Teste Integral indicado na figura 6 6 detalhada no fluxograma da figura 6 10 Conforme dito acima a usina sob teste deve ser dotada de um recurso de autorrestabelecimento Numa perturba o real o recurso de autorrestabelecimento entra em opera o ao ser verificada aus ncia de tens o de todas as fontes de energia para o servi o auxiliar Se este recurso for um GMG haver uma alimenta o confi vel para magnetiza o do seu campo inicial banco de baterias ou outra fonte que prov m do pr prio servi o auxiliar CA E coerente e exigido pela rotina de testes que durante a sua realiza o a fonte CA para excita o inicial do campo do GMG esteja desligada pois numa perturba o esta fonte n o estar presente Desta forma o processo para execu o do teste integral tem in cio com o desligamento desta fonte CA para o campo contando apenas com as baterias para excita o inicial do mesmo Esta fase corresponde ao passo Desligar fonte segura de suprimento do recurso de autorrestabelecimento As unidades geradoras que participar o do teste integral devem ser ligadas a uma barra desergizada fazendo se portanto neces
39. sua relev ncia esta a o de fechamento da comporta n o contemplada no circuito proposto porque n o uma exig ncia da rotina Entretanto perfeitamente poss vel que tal exig ncia seja acrescentada ao SIAPE O fechamento das comportas da tomada d gua pode ser implementado no SIAPE para que sejam verificados o funcionamento dos mecanismos de abertura e a autonomia do suprimento de gua para os diversos servi os de gua industrial Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento To Para os testes integrais individuais h a necessidade de parada com acionamento do sistema de frenagem e rota o nula das unidades geradoras Se as UGs forem projetadas com alta rota o nominal precisar o de maior tempo para parar podendo comprometer o tempo de realiza o do teste levando sua reprova o Proposta Recomenda se que o tempo de frenagem das unidades geradoras ou sua rota o sejam reduzidos tanto quanto poss vel para que o tempo de realiza o do teste n o seja comprometido A configura o e a disposi o dos barramentos da subesta o da usina t m muita influ ncia na realiza o do teste Tais impactos relacionam se a quest es tais como o suprimento de consumidores ligados radialmente barramentos do tipo barra principal e transfer ncia sem possibilidade de seccionamento e barramentos com equipamentos ligados diretamente barra de simula o dos testes
40. tricas adequa o de circuitos e sistemas de forma a proporcionar a realiza o dos testes Contemplando a dinamicidade que o assunto requer o trabalho evoluiu para a proposta de automatizar os testes por meio de uma ferramenia o SIAPE Antes de tratar especificamente das propostas aplicadas s usinas de autorrestabelecimento no pr ximo cap tulo s o apresentados conceitos b sicos a respeito das usinas hidrel tricas Neste pode se verificar os equipamentos que impactam direta ou indiretamente no restabelecimento de uma unidade geradora CONCEITOS B SICOS SOBRE O FUNCIONAMENTO DE USINAS HIDRELE TRICAS 3 1 Considera es Iniciais Este cap tulo apresenta uma vis o geral dos diversos componentes de uma usina hidrel trica O entendimento deste assunto importante no sentido de facilitar a compreens o dos requisitos e da metodologia adotados na realiza o dos testes de recomposi o Comparadas aquelas das linhas de transmiss o e dos transformadores as condi es impostas s unidades geradoras podem ser consideradas mais complexas Sob este aspecto destacam se duas caracter sticas A primeira refere se quantidade e a forma com a qual se interagem os v rios perif ricos de uma UG A segunda diz respeito rela o direta que a usina possui com o ambiente que as rodeia tal como as popula es ribeirinhas irriga o ictiofauna local dentre outros Isto traz complexidade aos testes Os conceitos apresenta
41. usinas hidrel tricas proporcionando benef cios para todo o setor Os ganhos podem ser mensurados por meio de diversos par metros tais como o aumento da confiabilidade na execu o do teste otimiza o de tempo de manobras e de pessoal a redu o de erros de manobras minimiza o de estudos para montagem de estrat gias para execu o automatiza o do processo dentre outros Cap tulo 7 Conclus o e Propostas de Continuidade 89 Como proposta de continuidade para este trabalho as seguintes quest es ainda poderiam ser investigadas e Avalia o da efic cia dos par metros que t m sido verificados na rotina RO RR BR 01 analisando aqueles que possivelmente devem ser alterados de forma a eficientizar os testes de recomposi o e Verifica o da possibilidade de alterar o processo de recomposi o de forma a utilizar recursos de autorrestabelecimento em usinas de autorrestabelecimento parcial considerando que estas n o necessariamente permanecer o rodando a vazio numa perturba o real e An lise das perturba es reais ocorridas a partir da vig ncia da RO RR BR 01 verificando o comportamento das usinas em detrimento de terem seu testes aprovados ou n o e Verifica o de equipamentos relevantes para recomposi o das usinas de autorrestabelecimento propondo crit rios e periodicidade para realiza o de testes espec ficos nestes equipamentos inclusive com a possibilidade de pontua o quanto ao impacto d
42. Cap tulo 6 s o propostas adequa es s usinas hidrel tricas ainda na fase de projeto e a automatiza o dos testes de recomposi o atrav s do SIAPE O Cap tulo 7 apresenta as conclus es e as propostas de continuidade da pesquisa de mestrado Ao final do texto s o listadas as Refer ncias Bibliogr ficas utilizadas O documento ainda inclui o Ap ndice A denominado Crit rios para Projetos Eletromec nicos O SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL 2 1 Considera es Iniciais O governo federal em 20083 formulou as bases de um novo modelo para organiza o do setor el trico brasileiro tendo como meta alcan ar objetivos tais como modicidade tarif ria seguran a do suprimento de energia el trica universaliza o do acesso e uso da energia el trica Com esse prop sito o governo instituiu alguns rg os e reformulou a atribui o de outros j existentes CCEE 2012 CEPEL 2007 Este cap tulo apresenta o modelo atualmente adotado para o SIN destacando os rg os a ele relacionados O entendimento da articula o entre eles permite a identifica o daqueles que direta ou indiretamente possam influenciar a realiza o nos testes reais de recomposi o Neste cap tulo tamb m s o revistos alguns conceitos e a legisla o a respeito dos servi os ancilares visto que a realiza o dos testes configura se como um servi o ancilar 2 2 Modelo do Setor El trico Brasileiro Neste item s o identificados os rg
43. DISSERTA O DE MESTRADO N 831 TESTES REAIS DE RECOMPOSI O PROPOSTA APLICADA A PROJETOS DE USINAS HIDRELETRICAS DE AUTORRESTABELECIMENTO Jenaina Aparecida de Souza DATA DA DEFESA 18 06 2014 Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Engenharia Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica TESTES REAIS DE RECOMPOSI O PROPOSTA APLICADA A PROJETOS DE USINAS HIDRELETRICAS DE AUTORRESTABELECIMENTO Jena na Aparecida de Souza Disserta o de Mestrado submetida Banca Examinadora designada pelo Colegiado do Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais como requisito para obten o do T tulo de Mestre em Engenharia El trica Orientadora Profa Maria Helena Murta Vale Belo Horizonte MG Junho de 2014 Testes Reais de Recomposi o Proposta Aplicada a Projetos de Usinas Hidrel tricas de Autorrestabelecimento Jenaina Aparecida de Souza Disserta o de Mestrado submetida a Banca Examinadora designada pelo Colegiado do Programa de Pos Gradua o em Engenharia El trica da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais como requisito para obten o do grau de Mestre em Engenharia El trica Aprovada em 18 de junho de 2014 Por DA aa f Hiling Haula ad Prof Dr Maria Helena Murta Vale DEE UFMG Orie ntadora Cal LA A a a Lo io Homero Ferreira Silva TE E CEMIG
44. Normalmente este sistema supre cargas como sistemas digitais de supervis o e controle bobinas de abertura e fechamento de disjuntores ilumina o de emerg ncia sistemas de telecomunica o sistemas de prote o dentre outros Para exemplificar o funcionamento do sistema de servi o auxiliar CC utilizada a figura 3 15 Banco de Banco de 380 Vca 380 Vca Batenisn O 380 Vca Baterias n 1 B CB1 Ed CB3 Z CB2 E T2F E 72 CCB CCA Figura 3 15 Esquem tico do servi o auxiliar CC Na figura 3 15 o servi o auxiliar CC tem como fonte os bancos de baterias n 1 e n 2 e os carregadores de bateria CB1 CB2 e CB3 Estes carregadores de baterias recebem energia em CA do servi o auxiliar CA e convertem para CC Estas fontes suprem as cargas ligadas s barras CCA Barramento de Corrente Cont nua do Lado A e CCB Barramento de Corrente Cont nua do Lado B A figura 3 16 apresenta imagem das baterias e dos seus carregadores Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 29 Figura 3 16 direita tr s carregadores de baterias esquerda baterias Assim como para o servi o auxiliar CA cabe ressaltar que o sistema de servi o auxiliar CC de extrema import ncia numa perturba o uma vez que este suprir cargas que contribu ram com o processo de recomposi o tal como o sistema de ilumina o de emerg ncia 3 3 3 Turbina Servi os Perif ricos H diversos ti
45. ONS 2012 Na opera o em tempo real o restabelecimento do sistema interligado realizado por meio das chamadas lOs Instru es de Opera o as quais s o elaboradas na etapa de estudos Em 2009 no SIN houve forte perturba o de propor es sist micas 0NS 2009 Neste evento os rg os operador ONS Operador Nacional do Cap tulo 1 Introdu o gt Sistema e fiscalizador ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica verificaram que muitas usinas n o foram capazes de proceder a um autorrestabelecimento satisfatoriamente fato que comprometeu o processo de recomposi o do sistema interligado A partir de ent o para evitar que tal fato se repetisse o ONS passou a se utilizar da rotina operacional para Testes Reais de Recomposi o denominada RO RR BR 01 ONS 2014 Estes testes exigem que os agentes de gera o simulem condi es de perturba o que n o s o triviais E importante observar que a complexidade neste caso n o se refere recomposi o ap s uma situa o de desligamento real e sim simula o desta condi o mantendo o sistema em opera o normal Tema central deste trabalho as usinas de autorrestabelecimento s o aquelas classificadas por meio de estudos el tricos e energ ticos para participarem do processo de recomposi o durante uma perturba o real Atualmente os testes reais de recomposi o s o divididos em Parcial Individual Simult neo e Integra
46. a Rotina para Execu o dos Testes Reais de Recomposi o 54 classificados como n o aprovados as falhas devem ser corrigidas e o teste repetido O teste integral classificado como aprovado quando e Os tempos totais de realiza o dos testes forem inferiores ao tempo m nimo determinado pela rotina ou seja a usina tem capacidade de ser restabelecida numa perturba o real em at 30 minutos per odo atual da rotina e O ndice de disponibilidade da usina no ano anterior realiza o do teste for igual ou superior a 80 ratificando que ao longo dos meses a usina tem boa disponibilidade e O recurso de autorrestabelecimento tiver efetuado pelo menos duas partidas sem o auxilio de fonte de alimenta o externa O teste integral classificado como aprovado com ressalva quando for classificado como aprovado conforme requisitos acima mas e Um ou mais testes individuais n o tenham sido classificado como aprovado ou e O ndice de disponibilidade da usina no ano anterior foi inferior a 80 o que denota que esta usina n o tem apresentado desempenho satisfat rio de suas unidades geradoras O teste integral classificado como n o aprovado quando este n o for classificado como aprovado independentemente da classifica o dos individuais ou quando o GMG n o comprovar o requisito de pelo menos duas partidas Nesse caso o ONS pode optar por reclassificar esta usina ainda que temporariamente e relocar a atri
47. ado na figura 6 2 no qual verifica se que os transformadores T6 e 7 est o ligados diretamente aos barramentos B1 e B2 Nesta configura o o transformador poder estar sujeito a danos devido a oscila es quando as unidades geradoras forem ligadas a vazio na barra desenergizada Desta forma para que tal risco seja evitado importante e necess rio que o transformador T6 figura 6 2 seja isolado com a abertura da chave 1UT6 implicando mais manobras para execu o do teste ITUM UHNPON 1 SGOT2 4 SAMAMB PCATU4 N Pe Ses cofpremecaas UHNPON 1 Figura 6 2 Esta o com autotransformador ijans diretamente barra Proposta Recomenda se que os barramentos de usinas n o contenham equipamentos ligados diretamente extremidade dos barramentos nos quais as unidades geradoras ser o ligadas Na figura 6 3 h outro exemplo de barramento que n o contribui para a realiza o dos testes reais de recomposi o Nesta esta o a configura o do barramento do tipo barra principal e transfer ncia cuja barra principal seccion vel Portanto se for necess rio manter alguma UG em opera o para controle de tens o na regi o poss vel manter uma barra desenergizada para realiza o do teste integral atrav s do seccionamento da barra Entretanto informa o relevante a localiza o do TP transformador de potencial de sincronismo para ligar esta s UG s para controle de tens o Se for necess rio ligar as
48. aixo do m nimo as comprometem acarretando atividades de manuten o posteriores em fun o de danos tais como o carregamento de material pela gua Portanto parar todas as unidades geradoras uma tima condi o de avalia o dos equipamentos mas todas as vari veis envolvidas devem ser analisadas Verifica se assim que o processo de tomada de decis o bastante complexo sendo necess rio investigar um conjunto significativo de vari veis Para evitar erros humanos dificuldades e reprova o dos testes recomenda se que tal processo seja realizado automaticamente Neste contexto esta disserta o prop e a ferramenta computacional SIAPE Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 71 Proposta Recomenda se que sejam projetadas ferramentas computacionais que identifiquem as vari veis a serem observadas como pr condi es para realiza o de um teste Esta disserta o prop e a aplica o do SIAPE Conforme verificado no Cap tulo 3 as comportas da tomada d gua tamb m t m a finalidade de proteger a UG contra subfrequ ncias que poderiam levar sobrevelocidades danosas UG Normalmente estas comportas devem primeiramente ser pouco abertas para equaliza o do n vel de gua entre o conduto for ado e a caixa espiral Posteriormente devem ser abertas completamente sendo esta uma pr condi o de partida da unidade geradora Al m disso o sistema de aber
49. amente e excitadas por um tempo m nimo de 30 minutos Esse tempo corresponde ao momento compreendido entre a abertura do disjuntor e a sincroniza o da UG ao SIN O n mero m nimo de UGs estabelecido na Instru o de Opera o da rea onde a usina est instalada O teste parcial classificado como aprovado com ressalva quando o teste parcial simult neo for classificado como aprovado mas um ou mais testes parciais individuais n o for classificado como aprovado Nesse caso o agente respons vel deve corrigir as falhas e defeitos Entretanto n o h necessidade de o teste ser refeito O teste parcial classificado como n o aprovado quando o teste parcial simult neo n o for classificado como aprovado independentemente da classifica o dos testes parciais individuais Nesse caso o agente de gera o propriet rio da usina deve priorizar a corre o das falhas e defeitos e refazer os testes parciais individuais e simult neo 4 5 Considera es Finais Observando as condi es para realiza o e aprova o dos testes reais de recomposi o pode se pensar que n o h dificuldades para sua execu o e aprova o Entretanto este entendimento um equ voco conforme registrado nos trabalhos SOUZA 2012 SOUZA 2012a e SOUZA 2012b Os gr ficos das figuras 4 1 e 4 2 adaptados de VERBOONEN 2012 tamb m comprovam que algumas usinas nem realizaram seus testes ou os realizaram e estes n o foram aprovados
50. as Conforme visto no Cap tulo 4 a rotina para realiza o dos testes reais de recomposi o contempla para os testes parciais a verifica o da estabilidade da unidade geradora girando a vazio e excitada No teste parcial individual no qual as unidades geradoras s o mantidas girando a vazio tal procedimento testa basicamente o funcionamento das cargas essenciais que devem permanecer ligadas suprindo as demandas essenciais das unidades geradoras tais como leo e gua para refrigera o compressores de estabiliza o comandos de v lvulas Todas as quest es j avaliadas durante o teste parcial individual tamb m s o verificadas durante o teste parcial simult neo A diferen a que s o verificadas as opera es simult neas das unidades geradoras Tal necessidade verifica se por exemplo no compartilhamento de sistemas por duas ou mais unidades geradoras As UGs que realizam testes parciais s o aquelas que participam da fase coordenada de recomposi o Ou seja considerado que estas permanecer o Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 68 rodando a vazio e excitadas n o necessitando receber energia para ligar suas unidades geradoras Os testes parciais em rela o aos integrais s o mais simples e portanto exigem menos adequa es e formula o de estrat gias para a sua execu o Desta forma pode se concluir equivocadamente que as usinas n o necess
51. as de Autorrestabelecimento 79 6 3 2 SIAPE Estratifica o do Bloco Execu o do Teste Parcial O teste parcial deve ser realizado para que numa perturba o real a unidade geradora permane a rodando a vazio e participe do processo de recomposi o durante a fase coordenada O giro a vazio de unidades geradoras uma situa o cr tica tanto mecanicamente quanto eletricamente Isto mostra a import ncia deste tipo de teste O teste parcial consiste na desinterliga o da UG a perman ncia desta unidade girando a vazio por pelo menos 30 minutos e posteriormente a sua interliga o ao SIN Obviamente antes do in cio do teste a UG deve estar ligada ao SIN para que seja proporcionada a sua desinterliga o A estratifica o do bloco Execu o do Teste Parcial indicado na figura 6 6 detalhada no fluxograma da figura 6 8 O processo tem in cio com o questionamento a respeito do estado inicial das unidades geradoras e procede interliga o destas UGs caso n o estejam interligadas ao SIN Esta a o se deve ao requisito contido na rotina Esta fase corresponde aos passos Condi o Inicial e Interligar ao SIN as UGs que passar o pelo teste O teste deve ser executado individualmente em cada uma das unidades geradoras que s o habilitadas a fornecer energia para suprimento das cargas do servi o auxiliar Sendo assim h um oop no fluxograma mostrado na figura 6 8 para proporciona
52. as fontes prim rias secund rias e de emerg ncia para evitar que haja duas fontes simultaneamente suprindo uma mesma barra A seguir s o apresentadas as configura es poss veis advindas da hierarquia de prioridade das fontes 3 3 1 2 Comuta o entre Fontes Prim ria Secund ria e de Emerg ncia Para assegurar o fornecimento ininterrupto de energia el trica para o servi o auxiliar CA utilizado um sistema de transfer ncia autom tica entre fontes com disjuntores intertravados de forma que sempre esteja suprindo uma barra apenas uma fonte Na figura 3 6 em caso de indisponibilidade de uma das fontes haver transfer ncia autom tica para a fonte seguinte respeitada a ordem de prioridade preestabelecida a saber Fontes prim rias dedicadas UG1 e UG3 Fonte prim ria compartilhada UG2 Fonte secund ria LD de 13 8 kV Fonte de emerg ncia GMG da casa de for a e GMG do vertedouro As comuta es poss veis no servi o auxiliar exemplificado s o registradas a seguir e Comuta o Autom tica Considerando a UG2 Indispon vel Estando a UG2 fora de opera o e as UG1 e UG3 em opera o a barra GA tem suas cargas supridas pela UG1 via disjuntor 52G1 e a barra GB tem suas cargas supridas pela UG3 via disjuntor 52G3 Os disjuntores 52G2A e 52G2B referentes UG2 permanecem abertos A figura 3 7 mostra a configura o final com a UG2 fora de opera o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamen
53. as usinas de autorrestabelecimento integral A falha deste recurso pode comprometer todo o estado restaurativo do SIN No Cap tulo 4 as usinas de autorrestabelecimento integral s o definidas de forma mais detalhada Figura 3 51 Usina a Diesel Figura 3 50 Grupo motor gerador a Fonte Dencocom bi diesel de emerg ncia 3 4 Sequ ncia Gen rica para Conex o e Desconex o da Unidade Geradora ao Sistema Os procedimentos para alterar a condi o operativa das unidades geradoras s o v rios Uma UG pode assumir diversas condi es operativas dentre elas parada interligada como gerador ou compensador sincrono girando a vazio mecanicamente ou girando a vazio excitada A altera o da condi o operativa da UG exige intera o entre os diversos equipamentos e dispositivos apresentados neste cap tulo Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 47 L Para que os objetivos deste trabalho sejam alcan ados interessante verificar a intera o dos sistemas envolvidos para retirar a UG da condi o de parada para a condi o de gerador Esta a mudan a de estado mais cr tica que ocorre no processo de recomposi o da UG Ao longo deste cap tulo foram identificados alguns dispositivos e equipamentos que podem comprometer o processo de partida da UG por implicarem pr condi es de partida insatisfeitas ou seja sistemas n o prontos para entrar em opera o em condi
54. brio Fonte CEPEL 2007 Casa de For a figura 3 3 local no qual as UGs bem como seus equipamentos perif ricos est o localizados A gua que passa pela tomada d gua admitida na turbina possibilitando seu giro e consequentemente a gera o de energia el trica Ao passar pela turbina a gua lan ada no canal de fuga e pode ser usada ao longo restante do rio para outros fins Turbina Conduto For ado Jusante VN 7 r z OT v ppe y F LA a PR ot ENA 3 h Ei p Figura 3 3 Casa de for a Fonte CEPEL 2007 Conduto ou T nel For ado figura 3 3 o conduto for ado funciona sob press o e tem a finalidade de ligar a casa de for a tomada d gua Canal ou T nel de Fuga local no qual a gua ap s turbinada lan ada Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 18 Vertedouro estrutura civil onde s o alocadas comportas que podem ser utilizadas para controlar o n vel de gua do reservat rio Normalmente o vertedouro figura 3 4 aberto por excesso de chuva vaz o de gua de usinas a montante atendimento a necessidades sociais para popula es ribeirinhas ou navega o e manuten o do fluxo de gua no rio Ra Comporta f 4 VN keg lo Reservat riq ks a b E RR E IENEI ES so Ip Figura 3 4 Vertedouro Fonte CEPEL 2007 Setor de transf
55. bui o desta para outra usina que esteja apta 4 4 Metodologia de Realiza o dos Testes Parciais O teste de autorrestabelecimento parcial consiste em verificar se durante uma perturba o real a UG tem a capacidade de permanecer girando a vazio e excitada pelo tempo m nimo proposto na rotina que atualmente de 30 minutos Este um pr requisito da rotina Entretanto numa perturba o real a unidade geradora poder parar 4 4 1 Etapas dos Testes para Usinas de Autorrestabelecimento Parcial Similarmente aos testes integrais os testes parciais tamb m devem ser iniciados com as unidades geradoras interligadas ao SIN O teste parcial individual deve ser executado individualmente nas unidades geradoras que possuem deriva o para o servi o auxiliar e o simult neo entre o n mero m nimo de unidades geradoras constante na rotina operacional Para ambos os testes as UGs devem permanecer girando a vazio e excitadas por pelo menos 30 minutos per odo atual constante na rotina Cap tulo 4 An lise da Rotina para Execu o dos Testes Reais de Recomposi o D5 4 4 2 Condi es para Aprova o dos Testes Parciais Assim como os testes integrais o teste parcial pode ser classificado como aprovado aprovado com ressalva e n o aprovado classificado como aprovado quando nos testes parciais individuais todas as unidades geradoras que possuem deriva o para o servi o auxiliar permanecerem girando mecanic
56. co Execu o do Teste Simult neo indicado na figura 6 6 detalhada no fluxograma da figura 6 9 In ciar teste parcial simult neo CONDI O INCIAL As UGs que passar o pelo teste simult neo est o interligadasao Interligar ao SIN as UGs que passar o pelo teste Iniciarteste parcial simult neo Reduzir gera o das UGs que passar o pelo teste simult neo Abrir disjuntor de interliga o das UGs mantendo as girando a vazioe excitada CONDI O DAS UGS A UGs permanecem girando a vazioe excitada CONDI O DE TEMPO O tempo m nimo de giro a vazio foi atingido Manter UGs girando a vazio at que o tempo m nimo seja atingido Interligar as UGs ao SIN Fim do teste parcial simult neo Sim Elevar gera o das UGs que passaram pelo teste parcial simult neo Fim do teste parcial Figura 6 9 Teste parcial simult neo estratificado Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 82 6 3 3 SIAPE Estratifica o do Bloco Execu o do Teste Integral O teste integral verifica se a usina possui a capacidade de sair da condi o de aus ncia de energia e ser restabelecida sem o aux lio de fonte de energia externa Basicamente as UGs s o interligadas ao SIN posteriormente desligadas e restabelecidas com recurso de autorrestabelecimento Os testes integrais s o mais complexos que os parciais por exigirem
57. comportas da tomada d gua Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 43 A explica o a seguir refere se a um projeto espec fico que atende ao prop sito desta disserta o porque cont m todos os perif ricos que est o envolvidos com os requisitos e metodologias adotados na realiza o do teste Cada comporta da tomada d gua est conectada a um pist o que se movimenta dentro de um cilindro hidr ulico H duas centrais leo din micas que s o interligadas entre si sendo cada uma composta por duas bombas que t m a finalidade de injetar leo sob press o na parte inferior do pist o As bombas s o assim denominadas Bomba de alta press o ou cracking Injeta leo na abertura inicial da comporta e visa proporcionar pequena abertura inicial para equalizar a press o de gua dentro do conduto for ado evitando golpes de ar ete na tubula o Bomba de baixa press o Injeta leo a partir da posi o de cracking at a abertura total da comporia Desta forma o processo de abertura da comporta se d em dois est gios Primeiro Efetua se o comando de abertura e a bomba de alta press o entrar em funcionamento e levantar a comporta at a posi o de enchimento ou cracking Ap s atingir esta posi o a bomba de alta press o ser desligada Segundo Ap s o acionamento do fim de curso de cracking haver nova abertura na comporta Neste momento a bomba de baixa press
58. da turbina com leo sob press o em seus circuitos recebem comandos do circuito digital do regulador de velocidade para movimentar as p s da turbina Figura 3 24 Servomotores do sistema de regula o de velocidade 3 3 6 Gerador Servi os Perif ricos Os geradores s o compostos de polos do rotor e do estator que s o respons veis por gerar a energia el trica disponibilizando a aos terminais do transformador elevador Esse processo se d na medida em que uma UG tem a turbina acoplada ao eixo que por sua vez est acoplado ao gerador A gua ao passar pela turbina gira tamb m o rotor que provoca movimento no gerador Estando os Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 35 polos do gerador excitados pelo regulador de tens o e os terminais do estator fechados ser induzida tens o no estator e esta ser disponibilizada nos terminais do transformador elevador As partes citadas podem ser vistas na figura 3 25 Gerador Eixo Turbina P s Fixas Turbina P s M veis Figura 3 25 Unidade geradora em corte Fonte camacho eng br Os polos do rotor cont m as sapatas polares que quando alimentadas em corrente cont nua atrav s do sistema de excita o geram o campo magn tico girante Adicionalmente cont m o enrolamento de amortecimento barras de cobre formadoras da gaiola de amortecimento fechada em si O papel da gaiola assegurar o amortecimento nece
59. dade de operar toda a simula o das condi es de perturba o observando os pontos levantados Para cumprir este prop sito esta disserta o prop e o SIAPE ferramenta apresentada a seguir partindo do pressuposto de que o projeto da usina atende as propostas recomendadas com vistas necessidade de realiza o dos testes reais de recomposi o Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 76 6 3 SIAPE Simulador Autom tico de Perturba o A motiva o principal da implementa o do SIAPE possibilitar que os projetos das novas usinas hidrel tricas garantam que as UHs estejam aptas a simular as condi es de perturba o comprovando sua capacidade de restabelecimento importante ressaltar que apesar do objetivo inicial proposto para o SIAPE ter sido voltado para a etapa de projetos esta ferramenta poder ser aplicada na usina hidrel trica na fase de opera o Adicionalmente poder ser acionada apenas para verificar as condi es da usina e n o necessariamente para realiza o dos testes de recomposi o 6 3 1 SIAPE Vis o Geral O fluxograma mostrado na figura 6 6 indica os passos b sicos do processo de decis o do SIAPE H necessidade de vertimento N Qual a vaz o a ser vertida Quais s o as unidades geradoras que participar o do teste simult neo Qual otipo de teste Integral Parcial Quanto tempo a
60. definindo as condi es de acesso malha de transmiss o em alta tens o do pa s ONS 2013 Cap tulo 2 O Sistema Interligado Nacional 9 Adicionalmente no contexto do setor el trico nacional encontra se o CEPEL Centro de Pesquisas de Energia El trica Criado em 1974 para a forma o de uma infraestrutura cient fica e de pesquisa visando o desenvolvimento no pa s de uma tecnologia avan ada no campo de equipamentos e sistemas el tricos Seu principal mantenedor a Centrais El tricas Brasileiras S A Eletrobr s e suas controladas Os benefici rios de seus produtos transcendem ao Grupo Eletrobr s atingindo institui es como o MME MMA MCT a EPE ONS a CCEE a Aneel al m de concession rias e fabricantes de equipamentos CEPEL 2007 2 2 2 Os rg os do Setor e os Testes Reais de Recomposi o A realiza o dos testes de recomposi o de responsabilidade do agente de gera o se a usina de propriedade deste for classificada para tal Nesse contexto relevante identificar as atribui es do ONS e da ANEEL e consequentemente dos agentes durante o processo de opera o normal e durante a realiza o do teste De forma geral a ANEEL atua fiscalizando a realiza o dos testes bem como aplicando as penalidades cab veis O ONS atualmente o elaborador e revisor das instru es que regem o assunto e acompanha a realiza o dos testes in loco No mbito da opera o o ONS o
61. do nesta disserta o sobre as diretrizes apontadas no trabalho ELETROBRAS 1999 leva a algumas conclus es Pode se verificar que as diretrizes se apresentam gen ricas subjetivas e n o apontam especificamente para a necessidade de realiza o dos testes reais de recomposi o Para embasar esta afirma o algumas destas diretrizes s o apresentadas integralmente no Ap ndice A Desta forma para o agente de gera o pode se tornar imposs vel a simula o das condi es de perturba o se esta necessidade n o for considerada j na fase de projeto Cabe ressaltar que as diretrizes para projetos apontam a necessidade de boa disponibilidade dos equipamentos durante a fase de opera o e este um dos requisitos para aprova o dos testes de recomposi o O documento relativo Resolu o ANEEL N 395 ANEEL 1998 tamb m investigado estabelece procedimentos para registro e aprova o de Estudos de Viabilidade e Projeto B sico Esta resolu o fornece diretrizes relacionadas a quest es burocr ticas de tramita o de documentos informa es a serem fornecidas aos rg os respons veis e requisitos a serem cumpridos Esta resolu o aborda crit rio tanto para Centrais Hidrel tricas quanto para Grandes Centrais Hidrel tricas Observa se que este documento n o exp e quest es de ordem t cnica quanto aos equipamentos eletromec nicos Desta forma n o s o verificadas diretrizes quanto necessidade de s
62. dos neste cap tulo t m como base os trabalhos CEMIG 2006 e CUNHA 2006 Inicialmente s o apresentados os principais componentes das usinas e posteriormente s o detalhados os sistemas e circuitos que impactam de forma mais decisiva a execu o dos testes reais de recomposi o Sequ ncia para conex o e desconex o de unidade geradora ao sistema tamb m inclu da Uma motiva o adicional para incluir um cap tulo desta natureza no trabalho segue a linha adotada na disserta o no sentido de tornar o texto uma refer ncia b sica para aqueles que se iniciam no tema incluindo uma revis o dos principais assuntos relacionados aos testes reais de recomposi o 3 2 Componentes B sicos de uma Usina Hidrel trica Uma usina hidrel trica pode ser dividida em blocos espec ficos em fun o de suas especificidades Podem ser citados os seguintes blocos Tomada d gua uma estrutura ligada s turbinas que admite gua para movimenta o destas A tomada d gua normalmente possui comportas com a finalidade de prote o e isolamento hidr ulico da s unidade s geradora s Os tipos mais usuais de tomada d gua s o e Torre figura 3 1 a Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 16 e Gravidade figura 3 1 b e Integrada casa de for a figura 3 1 c Conduto For ado Reservat rio Jusante Reservat rio
63. dual simult neo Usinas de autorrestabelecimento parcial S o usinas que possuem m dia confiabilidade de restabelecimento devendo ser submetidas aos testes de autorrestabelecimento parcial individual simult neo Usinas sem autorrestabelecimento S o usinas de baixa confiabilidade que numa perturba o real para ter suas UGs recompostas necessitam de alimenta o externa para seus servi os auxiliares Estas usinas n o s o submetidas a testes de autorrestabelecimento As unidades geradoras das usinas de autorrestabelecimento integral durante uma recomposi o real devem ter condi es de serem recompostas em at 30 minutos quando suas unidades geradoras estiverem desligadas el trica e mecanicamente independentemente de se utilizar qualquer alimenta o externa para suprir os seus servi os auxiliares Portanto estas usinas podem com seus pr prios recursos de servi os auxiliares interligar ao SIN o n mero m nimo de UGs definido na instru o de recomposi o da rea na qual est inserida Estas usinas s o classificadas a partir de estudos el tricos feitos pelo ONS para participar do processo de recomposi o durante a fase fluente Elas devem energizar os elementos da rede adjacente sem ter que considerar nenhum evento que esteja fora do seu controle e de assimilar varia es bruscas de carga controlando tens o e frequ ncia dentro das faixas definidas para situa o de emerg ncia As usinas de autorrestab
64. e Etapa 4 Projeto B sico Cap tulo 5 Considera es sobre as Diretrizes para Projetos de Usinas Hidrel tricas na Perspectiva 59 dos Testes de Recomposi o Etapa 5 Projeto executivo O projeto de implanta o de um empreendimento hidrel trico tem in cio com uma an lise preliminar feita em escrit rio denominada Estimativa do Potencial Hidrel trico na qual verificada a voca o para gera o de energia el trica com rela o aos aspectos de meio ambiente hidrologia topologia e geologia A etapa seguinte analisa uma s rie de poss veis quedas na bacia hidrogr fica As selecionadas ser o as que possuem menor impacto ambiental menor custo e maior benef cio energ tico Esta etapa corresponde ao Invent rio Hidrel trico Esta tem como produto uma s rie de aproveitamentos com dados caracterizados que passam a ser classificados como inventariados e poder o compor os planos de expans o do setor A pr xima etapa denominada Viabilidade consiste em identificar o empreendimento timo do ponto de vista social ambiental t cnico energ tico e econ mico Este empreendimento passar pelo leil o de energia Essa fase investiga os dimensionamentos necess rios implanta o do empreendimento Dimensionamento das obras de infraestrutura Dimensionamento do reservat rio Dimensionamento da rea de influ ncia Dimensionamento do aproveitamento Usos m ltiplos da gua Interfer ncias sociais I
65. e passam simultaneamente pelo teste Adicionalmente estas UGs n o necessitam aguardar a aplica o do sistema de frenagem para que o seu restabelecimento ocorra Outra diferen a com rela o ao teste anterior que o GMG dever partir pela segunda vez sendo que a primeira ocorreu durante o teste individual Tal procedimento verifica a capacidade do banco de baterias para suportar a excita o inicial do GMG Outra diferen a que as UGs devem ser ligadas simultaneamente barra desenergizada e permanecerem desta forma por per odo determinado pela rotina o qual atualmente de 60 segundos Esta fase corresponde aos passos Condi o de tempo e Aguardar o tempo m nimo das UGs ligadas simultaneamente barra desenergizada ser atingido Ap s a conclus o do teste integral as unidades geradoras podem ser interligadas ao SIN e sua gera o ser normalizada Estas a es s o verificadas atrav s dos passos Interligar as UGs ao SIN e Elevar a gera o das UGs que passaram pelo teste simult neo Desta forma a fonte segura para o recurso de autorrestabelecimento pode ser religada e a configura o da subesta o normalizada Tanto para o individual quanto para o simult neo interessante que sejam paradas todas as unidades geradoras para proporcionar comuta es autom ticas no servi o auxiliar e verificar inclusive o seu pleno funcionamento Consequentemente deve ser mantida vaz o m nima
66. e ser tratado considerando a pot ncia instalada e a dimens o do reservat rio Centrais Geradoras Hidrel tricas pot ncia nominal at 1 MW Para projeto deste tipo de empreendimento necess ria apenas a comunica o ANEEL para fins de registro estat stico Pequenas Centrais Hidrel tricas pot ncia nominal entre 1 1 at 30 MW e rea do reservat rio inferior a 3 km Este tipo de empreendimento deve atender s diretrizes para estudos de pequenas centrais hidrel tricas O Projeto B sico a premissa para autoriza o de explora o do aproveitamento hidrel trico Sua aprova o e autoriza o para in cio da constru o ser o concedidas ap s a apresenta o da LI Cap tulo 5 Considera es sobre as Diretrizes para Projetos de Usinas Hidrel tricas na Perspectiva 61 dos Testes de Recomposi o Usina Hidrel trica pot ncia nominal superior a 30MW O Projeto B sico dever ser submetido aprova o da ANEEL A aprova o do Projeto B sico e a autoriza o para in cio da constru o ser o concedidas ap s a apresenta o da LI Este terceiro tipo de aproveitamento o alvo deste trabalho Neste empreendimento o Projeto B sico a condicionante estabelecida no processo licitat rio e de atendimento exig ncia para in cio da constru o do aproveitamento hidrel trico Adicionalmente aproveitamentos hidrel tricos devem ser submetidos a um processo de licenciamento ambiental visando e
67. ect area The proceeding aims the elaboration of adequate plants project in order to prepare them for future test conditions required during real time operation It is proposed a computational tool called SIAPE Disturbance Automatic Simulator in order to consolidate the entire strategy VI NDICE INTRODUCA Ore OD O OD RR 2 2 O SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL aa ianniaagionaieboa tosa danadan GesieGhicia ia dati 6 em SS onsidera es INICIAIS isssnisansis pares ais tas padeba ganda oon 6 2 2 Modelo do Setor El trico Brasileiro es 6 2 2 1 Institui es do Setor El trico nas e eeerreeerreeem 6 222 Os rg os do Setor e os Testes Reais de Recomposi o 9 2 2 3 Redes do Sistema Interligado Nacional 9 2 2 4 Os Testes Reais de Recomposi o e a Opera o do SIN 11 2 3 Servi os Ancilares Conceitua o eram 12 2d Considera es FINAIS qusisaiidiasdcigs A dada ad a 13 3 CONCEITOS B SICOS SOBRE O FUNCIONAMENTO DE USINAS PIDRELETRICAO sera 15 31 Cofisidera es INICIAIS sagas 15 3 2 Componentes B sicos de uma Usina Hidrel trica 15 3 3 Sistemas e Circuitos de uma Usina Hidrel trica 19 33A Servi o Auxiliar de Corrente Alternada 0nnnann0nnannnnnnannannenno 20 3 3 2 Servi o Auxiliar de Corrente Cont nua aannannennannnnnnnanennnni 28 3 3 3 Turbina Servi os
68. ecu o do Teste Integral 82 bd CGONSIderaCOCS FINAIS pasa 87 7 CONCLUS O E PROPOSTAS DE CONTINUIDADE 88 Relerencias BIDIOQRaATICAaS 2 0222055205005500 0545 00650550505050 00005056 0006 5050500 90 AP NDICE A CRIT RIOS PARA PROJETOS ELETROMEC NICOS LISTA DE SIGLAS INSTITUI ES ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica CCEE C mara de Comercializa o de Energia El trica CEPEL Centro de Pesquisas de Energia El trica CESEP Curso de Especializa o em Sistema El trico de Pot ncia CNPE Conselho Nacional de Pol tica de Energia CMSE Comit de Monitoramento do Setor El trico CNOS Centro Nacional de Opera o do Sistema COSR Centro de Opera o dos Sistemas Regionais COSR NCO Centro de Opera o Regional Norte Centro Oeste COSR NE Centro de Opera o Regional Nordeste COSR S Centro de Opera o Regional Sul COSR SE Centro de Opera o Regional Sudeste EPE Empresa de Pesquisa Energ tica MME Minist rio de Minas e Energia ONS Operador Nacional do Sistema SIN Sistema Interligado Nacional LISTA DE ABREVIATURAS TERMOS T CNICOS CA Corrente Alternada CAG Controle Autom tico de Gera o CAT Controle Autom tico de Tens o CB Carregador de Baterias CC Corrente Cont nua CCA Barramento de Corrente Cont nua do Lado A XI CCB Barramento de Corrente Cont nua do Lado B CF Casa de For a CM Centro de Motores ECS Esquema de Controle
69. ecu o dos testes reais de recomposi o j podem ser identificados configura o dos barramentos da subesta o configura o do servi o auxiliar da usina autonomia do GMG para suprimento de cargas essenciais consumidores supridos radialmente pela usina dentre outros Estes poderiam ser evitados se a perspectiva de testes j fosse considerada na etapa de projetos Adicionalmente vale comentar que ao longo dos anos o sistema el trico de pot ncia tem passado por profundas mudan as tanto na legisla o quanto na parte t cnica Nesse contexto cabe uma mudan a de paradigma quanto ao projeto de usinas hidrel tricas com vistas realiza o dos testes de recomposi o pois a execu o e aprova o dos mesmos s o de extrema import ncia para garantia da confiabilidade do SIN Considerando que durante uma perturba o as usinas classificadas devem ter condi es de proceder a uma recomposi o evitando danos pr pria empresa consumidores e sociedade pela falta de suprimento de energia cresce em import ncia a abordagem adotada nesta disserta o Com o prop sito de revisar alguns conceitos relevantes para este trabalho o cap tulo seguinte apresenta as diretrizes atualmente vigentes para projetos de usinas CONSIDERA ES SOBRE AS DIRETRIZES PARA PROJETOS DE USINAS HIDRELETRICAS NA PERSPECTIVA DOS TESTES DE RECOMPOSI O 5 1 Considera es Iniciais Neste cap tulo s o apresentadas as diretrizes v
70. el tricos devem ter duas fontes normais e independentes de alimenta o e uma de emerg ncia para os servi os e sistemas vitais da usina Considerar como vitais no m nimo o sistema de drenagem da Casa de For a os carregadores de baterias as comportas do vertedouro e ilumina o de emerg ncia O sistema de aterramento deve ser dimensionado e projetado em fun o da maior corrente de curto circuito e de tempo de elimina o da falha Deve considerar as tens es permiss veis de passo e de toque Privilegiar a utiliza o de disjuntores de baixa tens o em vez de fus veis Definir tens es nominais normalizadas em n mero m nimo compat vel com necessidades Analisar a necessidade de uma fonte de energia externa ou de emerg ncia para partida de uma unidade em caso de falta geral dos servi os auxiliares el tricos da usina A defini o do Sistema de Controle comando prote o supervis o e regula o dever descrever a filosofia de partida e de paradas normal e de emerg ncia das unidades geradoras e da opera o da usina e da subesta o a serem adotadas incluindo os diversos automatismos n veis e locais local central remoto de opera o Os requisitos do sistema de prote o dever o definir os elementos m nimos necess rios prote o da unidade geradora do sistema de excita o do regulador de velocidade do transformador elevador da subesta o das sa das de linhas de transmiss o e dos equipa
71. elecimento integral devem ser providas de recurso de autorrestabelecimento Este recurso como visto anteriormente prov energia para as cargas essenciais de pelo menos uma unidade geradora Os recursos de autorrestabelecimento normalmente s o GMGs ou unidades geradoras auxiliares ou ainda sistema de partida com alimenta o em CC atrav s de banco de baterias para excita o do campo do gerador A rotina para testes reais de recomposi o ainda exige que esses recursos de autorrestabelecimento efetuem pelo menos duas tentativas de Cap tulo 4 An lise da Rotina para Execu o dos Testes Reais de Recomposi o D2 recomposi o da UG sem o auxilio de fonte de alimenta o externa Este crit rio visa considerar o insucesso da primeira tentativa de liga o e necessariamente o sucesso da segunda tentativa Adicionalmente de nada adianta classificar uma usina como de autorrestabelecimento integral se ela n o tem bom desempenho ou seja se ela possui constantes falhas que levem sua indisponibilidade Desta forma estas usinas na rotina atual devem ter ndice de disponibilidade no ano anterior superior a 80 Com rela o s usinas de autorrestabelecimento parcial estas participam do processo de recomposi o durante a fase coordenada em complementa o ao processo de recomposi o e devem permanecer girando mecanicamente e excitadas pelo tempo m nimo determinado na rotina Numa perturba o real consid
72. ente o Ministro de Estado do Desenvolvimento Ind stria e Com rcio Exterior o Ministro Chefe da Casa Civil da Presid ncia da Rep blica um representante dos Estados e do Distrito Federal um cidad o brasileiro especialista em mat ria de energia e um representante de universidade brasileira especialista em mat ria de energia CNPE 2013 MME Minist rio de Minas e Energia Minist rio de Minas e Energia MME criado pela Lei n 3 782 de 22 de julho de 1960 extinto em 1990 pela Lei n 8 028 e recriado em 1992 por meio da Lei n 8 422 Tem como rea de compet ncia os seguintes assuntos geologia recursos minerais e energ ticos Il aproveitamento da energia hidr ulica Ill minera o e metalurgia e IV petr leo combust vel e energia el trica inclusive nuclear Cabe ainda ao MME energiza o rural agroenergia inclusive eletrifica o rural quando custeadas com recursos vinculados ao Sistema El trico Nacional e Il zelar pelo equil brio conjuntural e estrutural entre a oferta e a demanda de energia el trica no Pa s MME 2013 Cap tulo 2 O Sistema Interligado Nacional 8 EPE Empresa de Pesquisa Energ tica Empresa de Pesquisa Energ tica EPE entidade vinculada ao Minist rio de Minas e Energia com finalidade de prestar servi os na rea de estudos e pesquisas destinadas a subsidiar o planejamento do setor energ tico nas reas de energia el trica combust
73. ento de refer ncia b sica para aqueles que se iniciam no tema incluindo conceitos e conhecimentos relevantes para uma melhor compreens o dos testes Devido import ncia da efici ncia de a es de recomposi o para a opera o dos sistemas el tricos a proposta trar benef cios diretos para as empresas consumidores e toda a sociedade Para cumprir seu objetivo o texto do trabalho est distribu do em sete cap tulos incluindo a presente Introdu o Inicialmente est o listadas as siglas das institui es dos termos t cnicos e dos documentos citados no trabalho No Cap tulo 2 s o apresentados conceitos gerais a respeito do Sistema Interligado Nacional bem como as institui es que o comp em Ainda tratada a legisla o que regimenta a quest o dos servi os ancilares No Cap tulo 3 s o identificados os mais relevantes equipamentos e sistemas constituintes de uma usina hidrel trica Neste cap tulo n o se pretende esgotar o assunto e sim abordar de forma sucinta os diversos sistemas envolvidos que podem afetar direta ou indiretamente um teste de recomposi o ou uma recomposi o real Cap tulo 1 Introdu o 5 No Cap tulo 4 a rotina para testes reais de recomposi o analisada O Cap tulo 5 traz uma s ntese das diretrizes atualmente vigentes para projetos de usinas hidrel tricas com base em documentos do CEPEL Centro de Pesquisas de Energia El trica ANEEL ONS e ELETROBRAS No
74. entro de Motores desligando as cargas n o essenciais aquelas que n o s o relevantes para ligar a UG reduzindo cargas que dever o ser supridas pelo GMG e evitando que o mesmo desligue por uma sobrecarga durante parada ou restabelecimento das UGs Observa se que em algumas usinas tal al vio de carga deve ser feito manualmente A figura 3 14 apresenta a configura o com a indisponibilidade das UG1 UG2 UG3 e LD de 13 8kV p SE p SE p SE Fonte Externa 13 8KV pio GB 5263 52GB 52G2B 52DB 52GA 52G1 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 5246 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 5243 5244 52A5 5246 5246 52B1 52A1 52B2 52A2 52B3 52A3 52B4 52A4 52B5 52A5 Figura 3 14 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA com apenas UG3 em opera o No contexto dos testes de recomposi o o servi o auxiliar CA de fundamental import ncia A falha de comuta o entre as diversas fontes ou Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 28 abertura e fechamento de chaves e disjuntores pode comprometer toda a recomposi o durante uma perturba o ou levar reprova o da usina tornando a inapta para participar do processo de recomposi o 3 3 2 Servi o Auxiliar de Corrente Cont nua O servi o auxiliar em corrente cont nua um sistema que deve suprir energia em CC ininterruptamente e com qualidade a algumas cargas geralmente em menor pot ncia
75. erado que estas usinas n o parar o completamente ou seja estas permanecer o girando a vazio Entretanto nem sempre esta situa o ocorre e realmente a usina pode parar completamente necessitando de energia para iniciar o seu restabelecimento Cabe observar que estas usinas n o necessitam possuir recurso de autorrestabelecimento As usinas termoel tricas poder o em casos excepcionais ser indicadas e consideradas como usina de autorrestabelecimento Entretanto este trabalho trata exclusivamente de unidades geradoras hidr ulicas Com rela o aos tipos a rotina operacional para testes reais de recomposi o aborda dois tipos de testes integral e parcial Estes t m o prop sito de assegurar que as UGs e equipamentos inclusive de autorrestabelecimento estejam funcionando adequadamente de forma a contribuir com a recomposi o da rea onde est o inseridas durante uma perturba o real Os testes reais de recomposi o integrais ou parciais de usinas de autorrestabelecimento se caracterizam por serem realizados anualmente e necessariamente devem ser realizados testes individuais e teste simult neo Adicionalmente a condi o do SIN durante o teste deve ser normal e seguro ou seja o ONS contempla a prepara o do SIN para eventuais conting ncias associadas ao evento Para explicar os procedimentos de simula o das condi es de perturba o os itens seguintes abordam tanto para os testes parciais quanto para
76. esenergizada A figura 6 7 apresenta uma proposta de tela inicial para o SIAPE Ela cont m as parameiriza es indicadas no fluxograma simplificado da figura 6 5 Neste exemplo foi considerada uma usina com seis unidades geradoras Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 78 Quais unidades geradoras participar o do teste simult neo f kef kel ked Para teste parcial quanto tempo tempo as unidades geradoras dever o permanecer rodando a vazio e excitadas O minutos Para teste integral simult neo quanto tempo as unidades geradoras dever o permanecer rodando a vazio na barra desenergizada Iniciar a Simula o das Condi es de Perturba o Figura 6 7 Tela inicial do SIAPE contendo as parametriza es O SIAPE pode ser ampliado ou reduzido com a inclus o de novas funcionalidades com o prop sito de tornar os testes mais cr ticos ou menos severos Exemplo de implementa o pode ser a parada da unidade geradora com fechamento da comporta da tomada d gua Para tal necess rio que as usinas estejam adaptadas s condicionantes dos testes conforme propostas apresentadas no item anterior Ap s a fase de parametriza o inicial tem in cio a etapa de detalhamento dos testes relacionados aos blocos Execu o do Teste Parcial e Execu o do Teste Integral detalhada no pr ximo item Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usin
77. estes durante a recomposi o e Implementa o de melhorias no SIAPE de acordo com as altera es que ocorrerem na rotina para testes reais de recomposi o e Implementa o de forma pr tica do SIAPE em usinas e nos centros de opera o e Avalia o do impacto econ mico da implementa o das diretrizes propostas neste trabalho Espera se que esta disserta o contribua para a rea de projetos de usinas hidrel tricas bem como para rea de opera o dos sistemas el tricos em especial quanto realiza o dos testes reais de recomposi o Esta vis o integradora de reas configura o car ter inovador da pesquisa trazendo a perspectiva de ganhos para todo o setor el trico incluindo agentes e consumidores REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS ANEEL 1998 ANEEL 2005 ANEEL 2009 ANEEL 2010 ANEEL 2013 ANEEL 2013a ICEMIG 2006 ICEPEL 2007 ICMSE 2013 ICNPE 2013 CUNHA 2006 ELETROBRAS 1999 EPE 2013 Resolu o ANEEL N 395 de 4 de dezembro de 1998 Estabelece os procedimentos gerais para registro e aprova o de estudos de viabilidade projeto b sico de empreendimentos de gera o hidrel trica assim como da autoriza o para explora o de centrais hidrel tricas at 30 MW e d outras provid ncias Anexo da Resolu o ANEEL n 343 de 9 de dezembro de 2008 Condi es Gerais do Projeto B sico jan 2009 Condi es Gerais do Projeto B sico Ja
78. eto a ANEEL pode determinar que esta futuramente seja prestadora deste servi o ancilar e da mesma forma devem celebrar CPSA 2 4 Considera es Finais Com os conceitos apresentados neste cap tulo pode se verificar que a estrutura hierarquia organiza o e legisla o que norteiam o SIN t m o prop sito de alcan ar os objetivos previamente estabelecidos durante a reformula o do modelo do setor el trico Dentre estes objetivos encontra se a seguran a do suprimento de energia Nesse contexto est o os testes reais de recomposi o que especificamente para as usinas de autorrestabelecimento integral constituem um servi o ancilar A realiza o dos testes reais de recomposi o exige que algumas condi es de perturba o parcial ou total sejam simuladas Como pode ser verificado em fun o de estudos el tricos e energ ticos as usinas podem ser reclassificadas de acordo com a necessidade do sistema demandando dos agentes de gera o transmiss o e distribui o estrat gias para alcan ar tal objetivo Cap tulo 2 O Sistema Interligado Nacional 14 Algumas usinas do SIN n o t m sido capazes de simular as condi es de perturba o demandando altera o de sua classifica o ou desconforto entre os rg os operador e fiscalizador e o agente de gera o A necessidade das estrat gias motivou a realiza o desta disserta o cujo principal objetivo propor s reas de projeto de usinas hidrel
79. etriz que possibilite simular condi es de perturba o Tal fato pode tornar imposs vel a realiza o destes ratificando a import ncia desta pesquisa de mestrado Cap tulo 5 Considera es sobre as Diretrizes para Projetos de Usinas Hidrel tricas na Perspectiva 65 dos Testes de Recomposi o 5 6 Considera es Finais Do exposto neste cap tulo verifica se que as diretrizes relativas aos projetos de usinas hidrel tricas s o gen ricas e abordam quest es quanto seguran a e requisitos m nimos para opera o destas usinas O estudo realizado sobre as diretrizes vigentes permitiu que fossem observadas quest es relevantes relacionadas s etapas de projeto e de interliga o ao SIN Na Etapa de Projeto nota se que as diretrizes para a recomposi o ap s uma perturba o real e para a simula o das condi es de teste s o efetivamente ausentes Na Etapa de Interliga o o ONS por meio dos Procedimentos de Rede sinaliza algumas diretrizes quanto ao desempenho da usina durante o processo de recomposi o Entretanto similarmente Etapa de Projeto n o fazem exig ncia quanto condi o de realiza o de testes das novas usinas Para que os testes sejam realizados com sucesso tais quest es precisam ser tratadas visando minimiza o das fragilidades do processo Esta disserta o objetiva contribuir nesta dire o com foco na Etapa de Projeto sob a forma de uma proposta de procedimentos que
80. excita o do campo do gerador Desligamento do regulador de velocidade Fechamento da v lvula de isolamento do regulador de Impede o giro da unidade geradora velocidade Desligamento dos equipamentos Economia de energia pois n o h auxiliares finalidade destes estarem em opera o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 49 3 5 Considera es Finais A descri o apresentada neste cap tulo sobre os equipamentos e dispositivos que influenciam o processo de opera o de unidades geradoras permite perceber a complexa intera o entre eles A plena disponibilidade e perfeita intera o destes equipamentos verificada durante a realiza o dos testes de recomposi o A experi ncia pr tica tem mostrado a import ncia de se prepararem as usinas desde a etapa de projetos para garantir que os dispositivos sejam projetados de forma a considerar a simula o das condi es de contorno para a efetiva execu o dos testes de recomposi o Com o conte do tratado at aqui neste texto pode se compreender de forma mais efetiva as diretrizes vigentes sobre os testes discutidas no cap tulo que se segue Uma vez analisadas tais diretrizes conclui se a base para a apresenta o da proposta da disserta o AN LISE DA ROTINA PARA EXECU O DOS TESTES REAIS DE RECOMPOSI O 4 1 Considera es Iniciais Este cap tulo descreve a rotina para a realiza o de testes reais
81. formador e se abre quando h sobrepress o interna no transformador evitando assim a deforma o do mesmo l Figura 3 38 V lvula de seguran a Figura 3 37 Ventiladores Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 40 3 3 9 Sistema de Ar Comprimido Os sistemas de ar comprimido de servi o normalmente s o compostos por compressores figura 3 39 tanque de ar comprimido figura 3 39 e secador de ar figura 3 40 Sua finalidade suprir todo o ar comprimido para as diversas atividades da usina tais como limpeza e acionamento de v lvulas Uma das v lvulas que o sistema de ar comprimido pode acionar a v lvula de aera o da turbina Como citado no item Turbina esta v lvula tem a finalidade de admitir ar para redu o de v rtices e cavita es que podem danificar a turbina Dependendo da filosofia do projeto o n o funcionamento adequado desta v lvula constitui falta de pr condi o de partida para a unidade geradora O sistema de ar comprimido pode tamb m ser dotado de um secador de ar figura 3 40 instalado a partir de uma deriva o ap s o tanque de ar com a finalidade de fornecer ao sistema o ar mais isento poss vel de umidade O vapor de gua condensado pelo resfriamento e depois removido Figura 3 39 Compressores e Figura 3 40 Secador de ar tanque de ar comprimido 3 3 10 Sistema de gua Industrial e de Resfriamento das Unidades Geradoras
82. gestor do processo cabendo a este indicar a reclassifica o das usinas quanto ao teste a ser realizado e sua substitui o em caso de reprova o Adicionalmente cabe ao ONS realizar an lises el tricas e energ ticas para que o SIN esteja em condi o normal e segura durante o teste Com o objetivo de situar as usinas de autorrestebelecimento nas redes do SIN faz se necess rio identifica las e classific las Este assunto tratado no item seguinte 2 2 3 Redes do Sistema Interligado Nacional Como o Brasil um pa s de dimens es continentais verifica se a necessidade de se decompor o SIN em sub redes a fim de se definirem as responsabilidades nas a es operativas dos centros de opera o do ONS e dos agentes Tais redes s o assim identificadas ONS 2012 Rede b sica rede definida e regulamentada pela ANEEL Rede complementar rede que est fora da rede b sica cujos fen menos influenciam na rede b sica Cap tulo 2 O Sistema Interligado Nacional 10 Rede de opera o jun o das redes b sica e complementar inclu das as usinas despachadas centralizadamente Rede de supervis o formada pela rede de opera o e outras instala es que s o monitoradas atrav s do sistema de supervis o para que o ONS possa coordenar o SIN Rede de simula o formada pela rede de supervis o e outras instala es que devem ser representadas em programas de simula o para maior confiabilidade dos estudos
83. i os auxiliares e cub culos de surtos Caracter sticas dos inv lucros quanto ao aterramento veda o contra poeira unidade insetos e quanto drenagem da umidade acumulada devido condensa o Avalia o das perdas no barramento e inv lucro Caracter sticas dos transformadores para instrumento capacitores e para raios do cub culo de surto AP NDICE A Crit rios para Projetos Eletromec nicos 96 Fonte ELETROBRAS 1999 Sistemas Auxiliares El tricos de CA e CC Dever o ser definidos de modo mais amplo os aspectos relativos aos servi os auxiliares da casa de m quinas Tratando se de sistemas integrados essas defini es dever o abranger as demais estruturas da usina vertedouro tomada d gua e subesta o Defini o da configura o b sica do sistema de distribui o de m dia tens o incluindo filosofias de opera o prote o e controle al m da tabela preliminar de carga Defini o da configura o b sica do sistema de distribui o de baixa tens o incluindo filosofias de opera o prote o e controle al m da tabela preliminar de carga Defini o da configura o b sica do sistema de distribui o de corrente continua incluindo filosofias de opera o prote o e controle al m da curva de carga Defini o do sistema de gera o de emerg ncia incluindo filosofias de opera o e controle al m da tabela preliminar de carga Mem rias de pr dimensionamento d
84. iamento Neste sistema da figura 3 41 a gua captada pela for a da gravidade proporcionada pela queda hidr ulica da tomada d gua at a casa de for a A gua requerida por ele captada diretamente dos condutos for ados de cada UG No conduto for ado no ponto onde nasce a rede de gua industrial h uma grade que impede o ingresso de objetos estranhos ao sistema A habilita o da entrada de gua realizada por uma v lvula Depois da v lvula a gua ingressa diretamente no filtro Ao ingressar no filtro a gua submetida a um processo de filtragem simples O sistema provido de tr s filtros que est o interligados atrav s de um coletor geral Na manuten o de um ou dois filtros poss vel alimentar as UGs onde estes est o instalados atrav s dos outros dois ou apenas de um Na sa da do filtro a gua j tratada passa por uma v lvula de reten o e direcionada ao coletor principal que se estende ao longo de toda a usina Desta forma este coletor principal supre simultaneamente uma duas ou tr s UGs distintas daquela qual pertence o filtro principal No coletor geral h uma deriva o que o in cio da rede do sistema de gua de servi o Nesta rede a maior vaz o utilizada para a alimenta o do sistema de refrigera o da UG A gua para refrigera o da veda o deslizante coletada diretamente do coletor principal sem passar pelos filtros de gua industrial pois esta nece
85. icas 48 Tabela 3 3 Sequ ncia de Partida da UG Sequ ncia de Partida Finalidade Fluxo de gua para os radiadores do gerador Fluxo de gua para os trocadores de calor dos mancais Bombas de circula o de Fluxo de leo circulando nos ii o mancais li mancais para refrigera o Liga o dos auxiliares ACRA CEEE EREE aanp LS el tricos Bomba do regulador de PU aa a o velocidade ii A da regulador de velocidade para g controle das p s da UG Abertura da v lvula de Desaplica o das isolamento do regulador travas do regulador de de velocidade cecal velocidade Desaplica o do sistema velocidade e giro da UG de frenagem Coroa eo eapo do Exctag o do campo do Partida do sistema de gerador p gerador excita o Fornecimento de energia Estando a UG em opera o e sincronizada ao SIN a sequ ncia de parada a mostrada na tabela 3 4 Atrav s desta sequ ncia a UG completa o processo de parada e se houver pr condi es de partida poder novamente ser partida e sincronizada ao SIN conforme sequ ncia apresentada na tabela 3 8 Abertura da v lvula de gua industrial Disponibilidade de gua de refrigera o para a UG Tabela 3 4 Sequ ncia de Parada da UG Sequ ncia de Parada Finalidade E ep TEET Evita rejei o de carga e impactos no estica oracao SIN garante a estabilidade mec nica Redu o da pot ncia reativa da UG Evita impactos no SIN Desinterliga a UG do SIN Retirada da
86. icos que s o apresentados a seguir Quando h eleva o da temperatura o volume de leo aumenta e nesta situa o pelo desumidificador passa ar para al vio da press o interna do transformador Quando a temperatura entra em decl nio o volume interno diminui e neste caso o ar ocupa o espa o deixado pelo leo Este processo denominado respira o do transformador Para que tal processo funcione corretamente o desumidificador geralmente base de s lica gel ret m a umidade do ar durante o processo de respira o do transformador Este dispositivo mostrado na figura 3 33 A umidade do ar altera a colora o da silica gel indicando a necessidade de substitui o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 38 ELL EN da Z WIA ii Di N N HN Ls Da ani Figura 3 33 Desumidificador do transformador elevador O tanque de expans o tem a fun o de compensar as mudan as de n vel de leo do transformador em fun o das varia es de temperatura as quais conforme j comentado podem aumentar ou diminuir o volume do leo Este tanque de expans o figura 3 34 comunica se com a cuba do transformador atrav s de uma tubula o na qual se localiza o rel de g s O rel de g s ou rel Bulchoz figura 3 35 situado estrategicamente entre o tanque principal e o tanque de expans o atua quando h forma o de g s no interior do transformador
87. igentes para elabora o e execu o dos projetos de usinas hidrel tricas com o objetivo de investigar aquelas que possam impactar e de que forma o podem a realiza o dos testes reais de recomposi o Experi ncias com usinas hidrel tricas demonstram que algumas configura es faciltam a realiza o dos testes Sendo assim torna se importante estudar as diretrizes pertinentes para identificar os circuitos e sistemas que favorecem a realiza o dos testes de recomposi o Adicionalmente a partir do conhecimento destas diretrizes poss vel propor estrat gias s reas de projeto Nesse contexto s o apresentadas as etapas para execu o do projeto de usinas hidrel tricas at a sua entrada em opera o bem como os documentos utilizados para verifica o das diretrizes para os projetos Dentre as etapas destaca se aquela relativa ao Projeto B sico especialmente a investiga o dos crit rios gerais adotados Vale ressaltar que neste trabalho as diretrizes de interesse s o aquelas que orientam quanto ao projeto de equipamentos eletromec nicos 5 2 Etapas B sicas para Implanta o de Usinas Hidrel tricas O processo de implanta o de uma usina hidrel trica n o trivial envolve muitas entidades e passa pelas seguintes fases ANEEL 1998 ANEEL 2005 ANEEL 2009 ANEEL 2010 e ANEEL 2013 Etapa 1 Estimativa do potencial hidrel trico Etapa 2 Invent rio hidrel trico Etapa 3 Viabilidad
88. im Finalizar o teste integral simult neo Interligar as UGs ao SIN Elevar a gera o das UGs que passaram pelo teste parcial simult neo Ligar fonte segura para excita o inicial do recurso de autorrestabelecimento Normalizar a configura o da subesta o Fim do teste integral Figura 6 11 Teste integral simult neo estratificado Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 87 6 4 Considera es Finais Num pa s de dimens es continentais envolvendo in meros agentes e diversas filosofias de projeto de unidades geradoras praticamente imposs vel determinar uma regra geral e inflex vel para projetos que contemple a realiza o de testes de recomposi o em usinas hidrel tricas Cabe aos agentes verificar suas particularidades adaptando se aos conceitos gerais e necessidades para valida o da plena disponibilidade das unidades geradoras durante uma perturba o de forma a minimizar os transtornos advindos de altera es na rotina de recomposi o e simula es destas condi es de contorno para realiza o dos testes Observa se que como apresentado nas recomenda es a habilita o de uma usina para realizar teste n o consiste apenas em possuir um recurso de autorrestabelecimento como o GMG E bem verdade que a capacidade de autorrestabelecimento est muito relacionada presen a ou n o de um recurso para tal mas a capacidade de simular as condi es de pe
89. ime de opera o normal e sob condi es de curto circuito Corona e r dio interfer ncia Considera es sobre barramentos r gidos e flex veis Esfor os nas estruturas Caracter sticas el tricas e mec nicas das colunas e cadeias de isoladores e Prote o contra descargas atmosf ricas Para a implanta o da subesta o dever ser selecionada a rea mais conveniente tanto sob o ponto de vista el trico propriamente dito como tamb m sob os aspectos de seguran a facilidade de acesso e entradas para as linhas de transmiss o Dever o ser desenvolvidos estudos para defini o dos n veis de isolamento e caracter sticas el tricas de equipamentos Os estudos de coordena o de isolamento consistir o de verifica es a partir dos n veis de isolamento dos equipamentos Essas verifica es ser o concentradas no n mero e localiza o dos para raios considerando se o arranjo f sico concebido para a subesta o Dever o ser feitos tamb m estudos sobre as caracter sticas de tens es de restabelecimento dos disjuntores e chaveamentos de transformador reator e linhas Dever o ser desenvolvidos estudos comparativos entre subesta es convencionais de eleva o e seccionamento com as subesta es compactas em SF6 abrigadas na Casa de For a Fonte ELETROBRAS 1999 Interliga o da Casa de For a Subesta o Secionadora Dever o ser estudadas as linhas de transmiss o de interliga o dos transformadores elevad
90. imento neste processo e a dificuldade de se realizarem os testes reais de recomposi o das mesmas principalmente das instala es mais antigas surgiu a principal motiva o para o desenvolvimento desta pesquisa de mestrado no tema investigar detalhadamente o processo envolvido nos testes identificar seus pontos cr ticos e propor procedimentos visando trazer avan os para o restabelecimento do sistema A experi ncia pr tica na opera o de usinas hidrel tricas na condu o de testes reais de recomposi o registrada nas refer ncias acima citadas e o conhecimento adquirido durante a realiza o do CESEP Curso de Especializa o em Sistemas El tricos de Pot ncia SOUZA 2012b conduziram os estudos a uma nova vis o do processo Verificou se que v rios problemas enfrentados na pr tica poderiam ser evitados se na fase de projeto da usina j se considerasse a possibilidade desta participar dos testes de recomposi o De forma mais especifica dentre as dificuldades observadas na pr tica conforme detalhado em SOUZA 2012 alguns aspectos se destacam justificando o foco do trabalho e Subjetividade ou falta de diretrizes para elabora o de projetos que levem em considera o a necessidade de realiza o de testes de recomposi o Cap tulo 1 Introdu o 4 a e Obrigatoriedade quanto realiza o destes testes em usinas de autorrestabelecimento e Dinamicidade na classifica o das usinas de
91. imula o das condi es de perturba o Sendo poss vel a simula o de tais condi es torna se vi vel a realiza o dos testes O anexo Ill da resolu o N 421 10 ANEEL 2010 corresponde a uma lista que deve ser verificada para aceite pela ANEEL do Projeto B sico Este check list cont m itens de cunho legal desenhos mapas e correla o entre o verificado no Projeto B sico e o intencionado no Invent rio Hidrel trico Similarmente Resolu o ANEEL N 395 este documento n o aborda diretrizes que permitam a simula o das condi es de perturba o Cap tulo 5 Considera es sobre as Diretrizes para Projetos de Usinas Hidrel tricas na Perspectiva 64 dos Testes de Recomposi o O Manual de Invent rio Hidrel trico de Bacias Hidrogr ficas CEPEL 2007 um material vasto e aborda muitas quest es socioambientais energ ticas hidrol gicas e de estudos gerais necess rios Similarmente aos demais documentos j citados o Manual de Invent rio de Bacias Hidrogr ficas n o considera uma prov vel classifica o da usina para realiza o de testes A partir da an lise das diretrizes nos diversos documentos pode se concluir que pouco ou nada verificado quanto possibilidade de simular condi es de perturba o Tal fato pode tornar imposs vel a realiza o destes pela falta de condi o de simular perturba es Esta constata o refor a a relev ncia desta pesquisa de mestrado
92. ir a de vapor de fluido formam se bolhas de vapor Com o escoamento essas bolhas s o carregadas para regi es com maior press o Quando a press o torna a subir as bolhas voltam a se condensar de maneira violenta o que causa um choque do l quido com as partes internas da UG A cavita o pode causar queda do rendimento queda da pot ncia do eixo vibra o e ru do Os v rtices s o causados por press es mais baixas e se formam na sa da do rotor Estes s o fluxos circulares que acabam por se fechar bruscamente com as estruturas de sa da da gua Para amenizar os efeitos dos v rtices e cavita es pode ser instalada no topo do eixo uma v lvula de aera o cuja tubula o ligada atmosfera Quando ocorre press o negativa na turbina o ar automaticamente succionado para equaliza o de press o A abertura desta v lvula pr condi o para ligar a UG Em algumas instala es s o utilizados alternativamente compressores que injetam ar na sa da de gua da turbina a fim de perfurar as bolhas de baixa press o A figura 3 20 mostra uma v lvula de aera o da turbina Figura 3 20 V lvula de aera o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 33 3 3 4 Sistema de Excita o O sistema de excita o um conjunto de dispositivos e equipamentos que visam fornecer a corrente para a polariza o do rotor enrolamento de campo do gerador s ncrono Ao ser exci
93. isam ser tratadas para que as a es de controle restaurativo sejam realizadas de forma adequada De uma forma geral pode se caracterizar o processo de recomposi o dos sistemas el tricos como sendo um passo a passo que tem seu in cio e vai progredindo tornando o sistema cada vez mais robusto e mais seguro com a interliga o de UGs Unidades Geradoras e consequente tomada de carga Desta forma o sistema vai se tornando menos vulner vel s oscila es de tens o e frequ ncia com toda a carga sendo atendida Uma refer ncia interessante que trata do tema controle restaurativo o trabalho LOPES 2002 O controle restaurativo do SIN Sistema Interligado Nacional executado considerando duas fases a fluente e a coordenada A fase fluente corresponde primeira fase da recomposi o do sistema interligado na qual os procedimentos operacionais previamente estabelecidos permitem a recomposi o de reas de autorrestabelecimento de forma descentralizada com o m nimo de comunica o das usinas e subesta es com os centros de opera o ONS 2012 A fase coordenada corresponde segunda fase da recomposi o do sistema interligado na qual s o efetuados com a coordena o dos centros de opera o o fechamento de paralelos e an is entre reas e regi es a libera o de restabelecimento de carga adicional e a interven o na recomposi o fluente quando de impedimento no processo preferencial
94. istemas de prote o contra choques el tricos e acidentes em geral Em ELETROBRAS 1999 existem algumas diretrizes que podem impaciar a realiza o dos testes de recomposi o as quais est o mais relacionadas com o servi o auxiliar CA e CC S o elas Os servi os auxiliares el tricos devem ter duas fontes normais e independentes de alimenta o e uma de emerg ncia para os servi os e sistemas vitais da usina Analisar a necessidade de uma fonte de energia externa ou de emerg ncia para partida de uma unidade em caso de falta geral dos servi os auxiliares el tricos da usina Cap tulo 5 Considera es sobre as Diretrizes para Projetos de Usinas Hidrel tricas na Perspectiva 63 dos Testes de Recomposi o Dever o ser definidos de modo mais amplo os aspectos relativos aos servi os auxiliares da casa de m quinas Tratando se de sistemas integrados essas defini es dever o abranger as demais estruturas da usina vertedouro tomada d gua e subesta o Defini o do sistema de gera o de emerg ncia incluindo filosofias de opera o e controle al m da tabela preliminar de carga Mem rias de pr dimensionamento dos equipamentos principais dos servi os auxiliares Descri o b sica dos equipamentos principais dos servi os auxiliares como transformadores equipamentos de manobra quadros de distribui o carregadores de baterias baterias e outros O estudo realiza
95. item de adequa es para especifica o de seus projetos Este um equ voco porque a classifica o das usinas parcial integral ou sem autorrestabelecimento conforme j enfatizado din mica e pode ser alterada em fun o das necessidades sist micas Nesse contexto uma usina que realiza teste parcial pode passar a realizar teste integral ou vice versa Proposta Recomenda se que as usinas estejam aptas a realizar tanto testes integrais quanto parciais Observa se que algumas usinas de autorrestabelecimento parcial possuem at GMG capaz de suprir cargas essenciais de pelo menos uma unidade geradora mesmo n o sendo necess ria a sua utiliza o pois estas s o regulamentadas para participarem da fase coordenada e necessariamente permanecerem girando a vazio e excitadas durante uma perturba o real Entretanto algumas usinas que realizam testes parciais n o possuem GMG cabendo ao agente em caso de altera o da classifica o da usina a instala o do recurso de autorrestabelecimento e de toda a consequente adapta o de seus servi os auxiliares As unidades geradoras que realizam testes integrais s o aquelas que participam da fase fluente de recomposi o Ou seja estas usinas suprem as cargas essenciais de suas unidades geradoras e portanto sem a necessidade de aguardar recebimento de energia para lig las A rotina para testes reais de recomposi o permite que as condi es de simula o de perturba
96. l Individual Simult neo Esta classifica o se deve forma como a usina participa das ilhas de restabelecimento durante uma recomposi o nas fases fluente ou coordenada Usinas de autorrestabelecimento integral s o usinas que possuem capacidade de autorrestabelecimento quando todas as suas unidades geradoras est o na condi o de repouso desligadas el trica e mecanicamente independente de utilizar qualquer alimenta o externa para suprir os seus servi os auxiliares ONS 2014 Usinas de autorrestabelecimento parcial s o usinas que possuem uma ou mais unidades geradoras com capacidade de alimentar seus servi os auxiliares a partir da tens o terminal de seus pr prios geradores Pelo menos uma das unidades geradoras ap s a ocorr ncia de uma perturba o ou dist rbio no sistema el trico deve permanecer girando mecanicamente e excitada Para esse entendimento n o se considera a condi o de parada das unidades geradoras por atua o de prote o pr pria ONS 2014 Desta forma os testes reais de recomposi o constituem uma a o pr via para verifica o da plena disponibilidade de sistemas e equipamentos que poder o participar satisfatoriamente de um processo de recomposi o A recomposi o durante uma perturba o real do SIN conforme j mencionado regulamentada pelas lOs que s o resultado dos estudos do ONS Operador Nacional do Sistema cuja responsabilidade de elabora o do p
97. lecimento de forma descentralizada com o m nimo de comunica o das usinas e ou subesta es com os centros de opera o Fonte ONS 2012 Recomposi o coordenada Segunda fase da recomposi o do sistema interligado em que s o efetuados com a coordena o dos centros de opera o o fechamento de paralelos e an is entre reas e regi es a libera o de restabelecimento de carga adicional e a interven o na recomposi o fluente quando de impedimento no processo preferencial Fonte ONS 2012 Cap tulo 4 An lise da Rotina para Execu o dos Testes Reais de Recomposi o 51 Testes reais de recomposi o S o testes de recomposi o das usinas de autorrestabelecimento integral e parcial podendo implicar desligamentos de outros equipamentos para simula o das condi es de contorno para simular uma perturba o Recursos de autorrestabelecimento S o fontes de energia pr prias da usina que t m a capacidade de suprir energia para as cargas essenciais de pelo menos uma unidade geradora Os recursos de autorrestabelecimento permitem UG sair da condi o de parada total para a condi o de sincronismo ao SIN Tais recursos podem ser GMG UG auxiliar ou sistema de partida com alimenta o em corrente cont nua Usinas de autorrestabelecimento integral S o usinas que possuem alta confiabilidade de restabelecimento devendo ser submetidas aos testes de autorrestabelecimento integral indivi
98. les um grupo motobomba de emerg ncia figura 3 49 nas tomadas localizadas na central leo din mica Caso por perdas de leo do sistema hidr ulico a comporta eventualmente vier a descer de sua posi o aberta o sistema de indica o e controle de posi o detectar a situa o e recolocar a comporta sua posi o original Figura 3 49 Motobomba de emerg ncia Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 46 3 3 13 Grupo Motor Gerador a Diesel de Emerg ncia Conforme j introduzido anteriormente o grupo motor gerador uma das fontes para o servi o auxiliar CA Um exemplo de GMG mostrado na figura 3 50 Normalmente esta fonte entra em opera o quando todas as demais fontes prim ria e secund ria est o indispon veis Sua finalidade durante a partida suprir energia para as cargas essenciais da UG e durante a parada suprir energia para as cargas que garantir o a parada com seguran a Como pode ser verificado no trabalho CUNHA 2006 os GMGs como fonte emergencial podem ser uma usina diesel figura 3 51 que composta por v rios geradores diesel ligados em paralelo ou apenas um GMG com maior pot ncia Deve se observar que a fonte emergencial na rotina para realiza o dos testes de recomposi o denominada recurso de autorrestabelecimento Portanto este recurso relevante para que o processo de autorrestabelecimento seja executado com xito n
99. mentos dos sistemas de servi os auxiliares da usina Os requisitos do sistema el trico referentes opera o das unidades geradoras dever o ser estabelecidos previamente em particular aqueles relativos opera o dessas unidades em regime de base ou ponia e se ser o utilizadas como compensadores s ncronos Dever o ser definidas margens de seguran a adequadas com rela o s velocidades cr ticas do conjunto rotativo da unidade geradora para eliminar a ocorr ncia de resson ncia param trica Fonte ELETROBRAS 1999 O documento ELETROBRAS 1999 estabelece par metros que devem ser determinados para as seguintes estruturas AP NDICE A Crit rios para Projetos Eletromec nicos 94 Casa de For a Turbinas Defini o da estrutura dos blocos Defini o dos concretos de primeiro e segundo est gio dos blocos Defini o das escava es do tratamento e do sistema de drenagem das funda es Defini o da superestrutura An lise de estabilidade dos blocos C lculos estruturais dos blocos e da superestrutura em n vel de pr dimensionamento Defini o do plano de concretagem Estimativa de volumes de concreto e demais materiais Durante o comissionamento da primeira unidade todos os equipamentos essenciais a sua segura opera o dever o estar instalados e prontos para opera o As dist ncias das cargas aos centros de distribui o ser o os menores poss veis Os equipamentos ser o di
100. meu irm o Geraldo pela paci ncia e habilidades com internet e AUTOCAD professora Maria Helena que tem se manifestado muito mais do que uma professora Tem sido um verdadeiro presente de Deus para mim desde o CESEP e durante a orienta o neste Cemig representada nos meus coordenadores em especial Luiz Eug nio Henrique Siqueira e Heber Assis pelas oportunidades de participa o em congressos e semin rios envolvimento em atividades relacionadas a testes de recomposi o e oportunidade de cursar o CESEP e o mestrado Agrade o a voc s por terem me apoiado Muito obrigada Olho nenhum viu ouvido nenhum ouviu mente nenhuma imaginou o que Deus preparou para aqueles que o amam Manual do Fabricante 1 Cor ntios 2 9 RESUMO Esta disserta o aborda o tema Testes Reais de Recomposi o em Usinas Hidrel tricas O trabalho prop e um novo procedimento sob a forma de diretrizes aplicado etapa de projeto de usinas Tais diretrizes visam preparar a usina j na fase de projeto para uma futura necessidade de realiza o dos testes durante a fase de opera o Para consolidar toda a estrat gia de execu o dos testes proposta a ferramenta computacional SIAPE Simulador Autom tico de Perturba o ABSTRACT This thesis addresses the Real Tests for Hydroelectric Plants Restoring Process The work proposes a new innovative proceeding by the use of guidelines applied to hydroeleciric proj
101. n 2009 Anexo Ill da Resolu o N 421 10 Itens de Verifica o para Aceite de Projeto B sico de UHE http www aneel gov br ANEEL Formul rio de Check list de aceite de Usinas Hidrel tricas Instru es de Opera o de Usinas Hidrel tricas da CEMIG Manual de Invent rio Hidroel trico de Bacias Hidrogr ficas Minist rio de Minas e Energia CEPEL Rio de Janeiro 2007 http Awww mme gov br mme menu conselhos comite cmse htim l http Anww mme gov br mme menu conselhos comite cnpe html CUNHA G S Usinas Diesel em Usinas Hidrel tricas Disserta o de Mestrado Orientador Burani G F Programa Interunidades de P s Gradua o em Energia da Universidade de S o Paulo S o Paulo 2006 ELETROBRAS Diretrizes para Elabora o de Projeto B sico de Usinas Hidrel tricas http www epe gov br Paginas default aspx Refer ncias Bibliogr ficas 91 LOPES 2002 IMME 2013 ONS 2009 ONS 2009 ONS 2010 ONS 2012 ONS 2012a ONS 2014 IROCHA 2010 SOUZA 2012 SOUZA 2012a LOPES G M Proposta de Estrat gia para Agiliza o do Controle Restaurativo de Sistemas El tricos de Pot ncia Disserta o do Curso de Especializa o em Sistema El trico de Pot ncia Orientadora Vale M Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte 2002 http www mme gov br mme RELAT RIO DE
102. na rotina de recomposi o Adicionalmente s o informadas quais unidades geradoras s o consideradas Sobre o tipo de teste O usu rio seleciona o tipo de teste que ser executado parcial ou integral A sele o do teste consiste em ganho relevante agregado pelo SIAPE que considera o fato de a usina estar apta a realizar quaisquer dos testes Este atributo torna o processo din mico visto que a reprova o de uma usina com determinada classifica o pode ser conforme j comentado reclassificada ou ter sua atribui o para outra modalidade de teste Se o tipo de teste inserido for o parcial dever ser informado quanto tempo as unidades geradoras dever o permanecer rodando a vazio e excitadas Atualmente este per odo de 30 minutos mas dada a sua dinamicidade interessante que este valor seja inserido pelo usu rio Sendo o teste selecionado integral dever ser informado o tempo que as unidades geradoras permanecer o rodando a vazio simultaneamente na barra desenergizada De forma similar ao teste parcial este tempo para o teste integral tamb m din mico e atualmente encontra se em 60 segundos Vale observar que algumas informa es ser o inseridas dependendo das escolhas iniciais Por exemplo se for indicado que n o haver vertimento n o necess rio informar a vaz o vertida Outro exemplo se a inten o for executar um teste parcial obviamente n o ser perguntado o tempo de giro a vazio na barra d
103. na atrav s da movimenta o de suas p s O regulador de velocidade aumenta a pot ncia gerada admitindo mais gua na turbina atrav s da abertura das p s e diminui a pot ncia gerada reduzindo a admiss o de gua atrav s da redu o da abertura destas Atua observando em sua l gica digital as limita es da turbina e limites t rmicos As p s da turbina s o movimentadas normalmente atrav s de um sistema contendo leo pressurizado Este armazenado em tanques ar leo figura 3 21 e conduzido a servomotores atrav s de dutos Figura 3 21 Tanque ar leo para o sistema de regula o de velocidade Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 34 A press o do leo no tanque reduzida em fun o de perdas hidr ulicas Assim automaticamente uma v lvula pode admitir ar para o tanque recompondo o valor de press o Tal ar proveniente do sistema de ar comprimido dedicado ao sistema de regula o de velocidade Este sistema de ar comprimido possui um conjunto de compressores e um bal o de ar sob press o figuras 3 22 e 3 23 respectivamente Os compressores s o respons veis por manter a press o de ar no regulador de velocidade em n veis aceit veis Figura 3 22 Compressores para o sistema de regula o de velocidade Figura 3 23 Bal o de ar para o sistema de regula o de velocidade Finalmente os servomotores figura 3 24 acoplados s p s
104. ncias Bibliogr ficas 92 SOUZA 2012b SOUZA 2013 VERBOONEN 2012 SOUZA J A Testes Reais de Recomposi o em Usinas Hidrel tricas Monografia do Curso de Especializa o em Sistema El trico de Pot ncia Orientadora Vale M Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte 2012 SOUZA J A VALE M H M An lise da Metodologia para Execu o dos Testes Reais de Recomposi o de Usinas de Autorrestabelecimento conforme RO RR BR XXII SNPTEE Semin rio Nacional de Produ o e Transmiss o de Energia El trica Bras lia DF Brasil 13 a 16 de Outubro 2013 VERBOONEN l Martins A M Nogueira F L A Schwarc T F Gest o dos Testes de Black Start Realizados no SIN EDAO Encontro para Debate para Assuntos de Opera o Brasilia Brasil 26 a 29 de Novembro 2012 AP NDICE A CRIT RIOS PARA PROJETOS ELETROMEC NICOS Quanto ao projeto dos equipamentos eletromec nicos o documento ELETROBRAS 1999 indica o crit rio mais relevante que dever o ser utilizados no projeto Utilizar preferencialmente equipamentos materiais e acess rios dispon veis no mercado nacional possibilitando a sua reposi o em curto prazo N o especificar par metros que n o sejam requeridos pelo Sistema de Pot ncia ou por qualquer outra necessidade especialmente para o gerador e transformador elevador Os servi os auxiliares
105. no rio que tamb m deve ser parameitrizada inicialmente e proporcionada atrav s dos dispositivos extravasores vertedouro Verifica se entretanto que em fun o de necessidades sist micas ou hidrol gicas pode ser necess rio manter unidades geradoras em opera o durante a realiza o do teste seja para a manuten o da vaz o do rio ou para controle de tens o Desta forma faz se necess rio manter o suprimento tamb m para a UG que for mantida em opera o Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 86 Iniciarteste integral simult neo Interligar aoSINas UGs que passar o pelo teste CONDI O INICIAL As UGs que passar o pelo teste simult neo est o interligadas ao SIN Sim Iniciarteste integral simult neo A Reduzir gera o das UGs que passar o pelo teste simult neo Parar UGs que passar o pelo teste simult neo CONDI O DO DISJUNTOR Os disjuntores deinterliga o detodas as UGs foram abertos Sim Iniciar contagem de tempo necess rio para liga o das UGs Ligar as UGs barra desenergizada com suprimento das cargas essenciais pelo recurso deautorrestabelecimento ap s ter sido ligado pela segunda vez Aguardar o tempo m nimo das UGs ligadas simultaneamente barra desenergizada ser atingido CONDI O DE TEMPO O tempo m nimo das UGs ligadas simultaneamente barra desenergizada foi atingido S
106. nterfer ncias ambientais Na etapa de Viabilidade s o elaborados relat rios importantes tais como o RIMA Relat rio de Impacto Ambiental e o EIA Estudo de Impacto Ambiental os quais constituem a base para a obten o da LP Licen a Pr via junto aos rg os ambientais Ap s a etapa de Viabilidade tem in cio o Projeto B sico no qual ocorre maior detalhamento das especifica es t cnicas de obras civis e eletromec nicas Nessa fase tamb m deve ser elaborado o Projeto B sico Ambiental que visa a detalhar as recomenda es do EIA para obten o da LI Licen a de Instala o Durante o Projeto B sico s o especificados os equipamentos apresentados no cap tulo 3 Esta etapa de especial interesse para este trabalho Pretende se apontar as diretrizes que contemplem a necessidade de realiza o dos testes reais de recomposi o Por esse motivo a etapa Projeto B sico detalhada no item 5 8 A pr xima etapa denominada Projeto Executivo Nesta s o implementados os programas socioambientais Adicionalmente elaboram se Cap tulo 5 Considera es sobre as Diretrizes para Projetos de Usinas Hidrel tricas na Perspectiva 60 dos Testes de Recomposi o todos os desenhos eletromec nicos e civis necess rios montagem dos equipamentos e implementa o da obra Desta fase resulta a LO Licen a de Opera o usina somente poder entrar em opera o com a LO liberada Ap s o t rmino da const
107. o Cap tulo 2 O Sistema Interligado Nacional 13 e Suporte de reativo e Sistema Especial de Prote o SEP e Autorrestabelecimento das unidades geradoras Black Stari Observa se que de responsabilidade do ONS contratar e administrar os servi os ancilares necess rios opera o do SIN S o estabelecidos os crit rios relativos aos arranjos comerciais para tais servi os prestados pelos agentes para a celebra o e administra o dos CPSA Contrato de Presta o de Servi os Ancilares e para a apura o mensal referente a estes No contexto desta disserta o cabe conceituar o assunto pois as usinas de autorrestabelecimento integral executam o servi o ancilar denominado Autorrestabelecimento das Unidades Geradoras Black Start Conforme legisla o vigente este servi o deve ser prestado pelas usinas que possuem equipamentos para esse fim e sempre que solicitado pelo ONS As usinas em fase de opera o que venham a prestar o servi o de Black Start por determina o do rg o operador ou que necessitem repor os sistemas ou equipamentos existentes t m o custo auditado e aprovado pela ANEEL e ressarcido por meio de ESS Encargos de Servi os do Sistema As usinas que prestam este servi o celebram um CPSA com o ONS ONS 2009a O custo de opera o e manuten o dos equipamentos de autorrestabelecimento auditado e aprovado pela ANEEL ressarcido tamb m via ESS Para usinas ainda na fase de proj
108. o normalmente constitu das por uma linha de distribui o da concession ria local ou de outra UH No sistema da figura 3 6 a fonte secund ria uma LD em 13 8kV para as barras PA e PB que prov m dos disjuntores 1F4 e 2F4 respectivamente Para suprimento das cargas do vertedouro ligadas barra V h uma deriva o da barra PA Em condi es normais de opera o a barra V do vertedouro suprida pela barra GA atrav s do disjuntor 52GA e da chave 2F9 Fontes de Emerg ncia A fonte de emerg ncia o grupo motor gerador a diesel que pode ser um nico grupo singelo ou v rios grupos em paralelo usina diesel O GMG denominado no contexto dos testes reais de recomposi o de recurso de autorrestabelecimento Na figura 3 6 h dois GMGs um no vertedouro e outro na casa de for a Estes entram em opera o na aus ncia de tens o das fontes prim rias e secund rias Nas instala es tamb m h a possibilidade de se usar como fonte de emerg ncia um banco de baterias O GMG da casa de for a destina se a suprir as cargas essenciais da casa de for a tomada d gua e subesta o Supre as cargas da barra GA atrav s do disjuntor 52DA e a barra GB atrav s do disjuntor 52DB O GMG do vertedouro destina se a suprir as cargas da barra V atrav s do disjuntor 52VD Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 29 Cabe ressaltar que deve haver intertravamento el trico de seguran a entre
109. ojeto Dever o ser previstos neste estudo os sistemas de comunica o necess rios constru o e opera o da usina subesta o e vila residencial e sua interliga o ao sistema de comunica o das empresas interligadas Esses sistemas poder o compreender e Sistema telef nico Sistema de busca pessoa em alta voz Sistema de energia para equipamentos de telecomunica es Sistema r dio de alerta capacidade Sistema ptico Sistema de sismologia Rede de hidrometeorologia Sistema de supervis o de telecomunica es Sistema de r dio chamada Rede local de microcomputadores Circuito interno de TV Interliga o com a rede de telefonia p blica Rede m vel de apoio constru o Fonte ELETROBRAS 1999 AP NDICE A Crit rios para Projetos Eletromec nicos 98 Subesta o da Usina A subesta o da usina compreende os transformadores elevadores e a subesta o secionadora A localiza o e cota de implanta o da subesta o dever o ser estudadas em conjunto com a defini o do arranjo geral do empreendimento A partir do diagrama unifilar dever ser elaborado o arranjo f sico da subesta o planta e cortes bem como os resultados conclusivos dos estudos de dimensionamento de barramentos c lculos de flechas e tens es esfor os nos terminais dos equipamentos e n veis de curto circuito O projeto dos barramentos dever incluir investiga es sobre e Intensidade de corrente nos barramentos em reg
110. oposta Recomenda se que os projetos contemplem as fontes para suprimento do campo inicial do GMG ligadas ou desligadas automaticamente O desligamento de todas as UGs n o uma tarefa trivial e exige estudos el tricos e simula es principalmente com rela o s condi es para mitigar riscos ambientais e efetuar o controle de tens o Tais verifica es s o justificadas porque muitas usinas s o relevantes para o controle de tens o em sua regi o em fun o da pot ncia reativa que podem fornecer ou absorver Tal condi o piorada pela necessidade de o teste ocorrer em carga leve o que aumenta a import ncia de opera o destas usinas atuando na redu o dos n veis de tens o Desta forma parar todas as UGs de uma usina exige disponibilidade de recursos para controle de tens o Entretanto estes recursos nem sempre est o dispon veis e assim a premissa de parar todas as unidades deve ser avaliada com crit rio apesar de ser altamente recomend vel pelos benef cios agregados A condi o de parada de todas as unidades de uma UH tamb m impacta aspectos ambientais e sociais pela necessidade de se manter a navegabilidade e a vaz o m nima natural do rio Esta situa o exige a abertura de comportas do vertedouro ou extravasoras O vertimento pode n o ser poss vel caso o n vel do reservat rio esteja abaixo do n vel m nimo de vertimento Outro impacto ocorre nas estruturas civis do vertedouro pois vertimentos ab
111. ores da usina subesta o definindo no m nimo e Tens o de transmiss o N mero de circuitos Tipo e quantidade de cabos condutores e para raios Tipo e quantidade de estruturas N mero de cabos condutores por fase Comprimento Dever ser estudada a interliga o entre a sala de controle da usina e a subesta o secionadora para os cabos de controle prote o supervis o comunica o e servi os auxiliares Fonte ELETROBRAS 1999
112. orma o a energia el trica gerada tem sua tens o elevada para transmiss o e ent o enviada para consumo A figura 3 5 ilustra os componentes b sicos de forma integrada em uma usina hidrel trica Tomada Setor de Casa de Canal de Reservat rio d gua Transforma o For a Fuga Vertedouro Figura 3 5 Usina hidrel trica Fonte www cemig com br Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 19 3 3 Sistemas e Circuitos de uma Usina Hidrel trica Os componentes b sicos de uma UH apresentados de forma macro no item anterior s o aqui mais detalhados Este detalhamento permite a identifica o nos cap tulos seguintes das propostas desta disserta o com vistas aos testes reais de recomposi o A Tabela 3 1 organiza os t picos tratados visando auxiliar a localiza o dos diversos itens analisados Tabela 3 1 Sistemas e Circuitos de uma UH Conte do Tipos de fontes de suprimento de energia Servi o Auxiliar CA Comuta o entre fontes prim ria secund ria e de emerg ncia Servi o Auxiliar CC Regulador de velocidade Sistema de veda o deslizante Mancais Trocador de calor Sistema de drenagem da tampa da turbina Cavita o e v rtices Turbina Servi os Perif ricos Sistema de Excita o Sistema de Regula o de Velocidade Sistema de ar comprimido Servomotores Polos do rotor Gaiola de amortecimento Estator Trocador de calor An is cole
113. os equipamentos principais dos servi os auxiliares Estudo de curto circuito Descri o b sica dos equipamentos principais dos servi os auxiliares como transformadores equipamentos de manobra quadros de distribui o carregadores de baterias baterias e outros Fonte ELETROBRAS 1999 Sistemas Auxiliares Mec nicos O projeto dos sistemas auxiliares ser desenvolvido com base nas experi ncias de empreendimentos similares e nas normas t cnicas aplic veis O pr dimensionamento desses sistemas ser executado em fun o das caracter sticas b sicas dos equipamentos principais da usina que ser o atendidos pelos mesmos Sistema de gua de servi o de uso geral Sistema de gua de resfriamento das unidades geradoras e do selo de veda o das turbinas Sistemas de prote o contra inc ndio para os geradores a sala de tratamento de leo os transformadores elevadores e outros equipamentos Sistemas de tratamento de leo lubrificante e leo isolante Sistema de ar comprimido para uso geral e para os freios dos geradores Sistema de ar comprimido para opera o das unidades geradoras em cargas parciais Sistema de ar comprimido para rebaixamento do n vel no tubo de suc o em opera o como s ncrono Sistema de ar comprimido de alta press o para os reguladores de velocidade das turbinas Sistema de enchimento e esgotamento das unidades Grupo gerador de emerg ncia e equipamentos associados Sistemas de medi
114. os integrais a seguinte sequ ncia metodologia etapas dos testes e condi es de aprova o Cap tulo 4 An lise da Rotina para Execu o dos Testes Reais de Recomposi o 53 4 3 Metodologia para Realiza o dos Testes Integrais 4 3 1 Etapas dos Testes para Usinas de Autorrestabelecimento Integral As usinas de autorrestabelecimento integral devem ser submetidas ao teste integral individual e ao teste integral simult neo Para ambos os testes a condi o inicial que a usina esteja interligada ao SIN e preferencialmente com pot ncia pr xima a zero para evitar rejei es de carga Teste integral individual O teste integral individual verifica se cada UG individualmente est apta a ser conectada em barra desenergizada em um tempo m ximo determinado pela rotina atualmente de 30 minutos A UG a ser interligada deve ser capaz de suprir as cargas do servi o auxiliar CA e estar apta a partir com o recurso de autorrestabelecimento da usina Teste integral simult neo O teste integral simult neo verifica a capacidade dos equipamentos em recompor simultaneamente o n mero m nimo de unidades geradoras determinado para iniciar e concluir o processo de recomposi o da rea onde a usina est instalada A exemplo do individual este teste obrigatoriamente deve ser realizado em barra desenergizada barra morta situa o esta que verificada quando da ocorr ncia de uma perturba o ou dist rbio sist mico De
115. pois de sincronizada a ltima UG deve ser aguardado um tempo m nimo com as UGs ligadas na barra morta para verifica o da estabilidade Na vers o atual da rotina este per odo de 60 segundos Nas usinas de autorrestabelecimento integral que possuem como fonte para partida da primeira UG um grupo gerador de emerg ncia deve ser assegurado que este esteja apto para realizar pelo menos duas partidas para recomposi o da unidade sem o aux lio de fonte de alimenta o externa O GMG tem como requisito a obrigatoriedade de ser acionado uma primeira vez para realiza o do teste integral individual e uma segunda vez para realiza o do teste integral simult neo Geralmente o GMG tem o seu campo suprido por uma fonte CA que passa por um retificador transformando a em CC e outra por um banco de baterias O banco de baterias o dispositivo que estar em opera o independente de dist rbios Portanto em ambos os testes o suprimento CA retificado para CC para o campo do GMG deve ser desligado e mantido apenas o suprimento aut nomo geralmente baterias 4 3 2 Condi es para Aprova o dos Testes Integrais Os resultados dos testes reais de recomposi o integrais podem ser classificados como aprovado aprovado com ressalva ou n o aprovado Para o caso de aprova o com ressalva o agente respons vel deve corrigir as falhas verificadas mas n o h necessidade de repeti lo Nos casos de testes Cap tulo 4 An lise d
116. pos de turbinas hidr ulicas que variam quanto posi o horizontal ou vertical e ao tipo Kaplan Francis Pelton dentre outras A turbina est conectada ao eixo que por sua vez est conectado ao gerador Basicamente a finalidade da turbina numa unidade geradora hidr ulica captar a gua atrav s de um sistema de adu o proporcionando o giro do eixo que proporcionar a rota o do rotor do gerador variando seu campo magn tico Esse processo resultar em energia el trica Parte importante da turbina o sistema denominado regulador de velocidade que atua nas palhetas do distribuidor admitindo mais ou menos gua e proporcionando o controle da pot ncia ativa da UG Para evitar que o fluxo da gua de montante v para as partes superiores da turbina h um sistema denominado veda o deslizante Este sistema de veda o consiste na inje o de gua limpa sob press o na regi o entre dois an is de carv o A press o da gua eleva ligeiramente o conjunto do anel de veda o fazendo fluir a gua limpa na fresta formada A gua que flui pelos an is escoa por gravidade atrav s de uma tubula o para fora do po o da turbina rumo aos po os de drenagem da usina A alimenta o de gua para a o sistema de veda o deslizante deve ser mantida sempre em opera o mesmo durante a parada da UG pois at mesmo com a UG parada pode ocorrer fluxo de gua de montante para as partes superiores Os an is de veda
117. r prio ONS com a participa o dos agentes Cap tulo 1 Introdu o 3 O agente de gera o tem autonomia para proceder prepara o dos disjuntores de suas esta es e posteriormente restabelecer o n mero m nimo de unidades geradoras usinas de autorrestabelecimento integral e a respectiva tomada de carga Esta a chamada fase fluente Na fase secund ria fase coordenada o ONS informado a respeito da conclus o das manobras relativas fase fluente e passa a coordenar as pr ximas manobras de fechamento do paralelo entre ilhas de restabelecimento e interliga o de outras unidades geradoras usinas de autorrestabelecimento parcial Visto que as usinas foram projetadas e constru das sem considerar a necessidade de realiza o destes testes necess rio que os agentes fa am adapta es e melhorias e proponham estrat gias para sua realiza o Entretanto nem sempre as usinas respondem satisfatoriamente levando reprova o do teste ou sua n o execu o As dificuldades das simula es levam a esta situa o como exposto em VERBOONEN 2012 Algumas estrat gias aplicadas na pr tica de execu o dos testes podem ser verificadas nos trabalhos SOUZA 2012 SOUZA 2012a SOUZA 2012b e SOUZA 2013 Nestes registros fica clara a complexidade da quest o Do exposto destacam se a complexidade do controle restaurativo a import ncia do funcionamento adequado das usinas de autorrestabelec
118. r a realiza o do teste individual em todas elas Seu in cio caracterizado pelo passo Iniciar teste parcial individual A UG sob teste indicada como UG n No pr ximo passo procede se ao comando de redu o de gera o necess ria para que o SIN n o seja sensibilizado por um corte abrupto de gera o e a UG n o precise rejeitar esta gera o fechando rapidamente a circula o da gua Esta fase corresponde ao passo Reduzir gera o da UG n Posteriormente realizada a desinterliga o da UG n por meio da abertura do disjuntor de interliga o E aguardado o per odo da UG n girando a vazio e excitada Este per odo indicado na parametriza o inicial Esta fase corresponde aos passos Condi o da UG n e Condi o de Tempo Terminado o per odo de giro a vazio o teste finalizado e a UG n pode ser interligada ao SIN Esta fase corresponde aos passos Interligar a UG n ao SIN Fim do teste parcial individual da UG n Ap s a interliga o da unidade procede se ao comando de eleva o da sua gera o Esta fase corresponde ao passo Elevar a gera o da UG n que passou pelo teste parcial simult neo Todo o processo descrito acima deve ser repetido para as demais UGs Esta fase corresponde aos passos Condi o de Finaliza o e Selecionar a pr xima UG n Quando o teste individual tiver sido realizado para a ltima unidade geradora este finalizado e o
119. ra a recomposi o pois no processo de parada da UG haver o suprimento de cargas que assegurar o que a unidade seja desligada com seguran a Na partida este sistema que fornecer a energia para as cargas essenciais partida tais como bombas exaustores campo do gerador dentre outras O servi o auxiliar pode suprir al m das cargas essenciais para a UG cargas que n o s o essenciais como ventiladores ar condicionado e ilumina o Para alcan ar tal prop sito os sistemas de servi o auxiliar podem possuir v rias fontes que comutam entre si em fun o da disponibilidade H diversas configura es deste sistema como pode ser verificado em ROCHA 2010 Para demonstrar o funcionamento do servi o auxiliar CA adotada a configura o apresentada na figura 3 6 A partir deste circuito inicial ao longo do texto as fontes dispon veis para suprimento ter o suas condi es alteradas e ser o verificadas as configura es finais das chaves e disjuntores p SE p SE p SE Fonte Externa 13 8KV ele 0 a a id GB 5263 52GB 52GA 52G1 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 5241 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B1 52A1 52B2 52A2 52A3 52B4 52A6 52A4 52B5 52A5 Figura 3 6 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 241 Neste sistema de servi o auxiliar h sei
120. ra pot ncia m xima cont nua Fator de pot ncia Frequ ncia Rota o nominal Sentido de rota o Rendimento estimado pot ncia e tens o nominais Temperaturas m ximas para regime cont nuo pot ncia nominal estator e rotor Classe de isolamento dos materiais estator e rotor Efeito de in rcia Reat ncia s ncrona do eixo direto Reat ncia transit ria de eixo direto Rela o entre a reat ncia subtransit ria de eixo em quadratura e a reat ncia subtransit ria do eixo direto Constante de tempo transit ria do eixo direto em circuito aberto Di metro externo do estator sem trocadores de calor Di metro interno do alojamento do gerador Di metro externo do rotor Altura do n cleo do estator Altura do alojamento do gerador Peso estimado do rotor Peso estimado do estator Peso estimado do gerador completo Fonte ELETROBRAS 1999 Barramentos Blindados e Cub culos Associados Arranjo f sico indicando deriva es estruturas de suporte acessos para montagem e manuten o Dimensionamento eletrodin mico Estudo de coordena o de isolamento entre geradores barramentos blindados transformadores elevadores subesta o blindada se aplic vel e linha de transmiss o a rea de sa da da casa de for a Caracter sticas das liga es aos terminais do gerador do transformador elevador do transformador de excita o e do transformador ou reator limitador de corrente para os serv
121. roposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento In cio do teste integral Desligar fonte segura de suprimento do recurso de autorrestabelecimento Desenergizar uma barra para liga o das UGs CONDI O INICIAL As UGs que passar o pelo teste individual est o interligadas ao SIN Interligar ao SIN as UGs que passar o pelo teste In ciar teste integral individual Reduzir gera o da UG n Parar UGN CONDI O DO DISJUNTOR O disjuntor deinterliga o foi aberto Aguardar abertura do disjuntor deinterliga o Sim Iniciarcontagem de tempo necess rio para liga o da UG n CONDI O DE FRENAGEM O sistema de frenagem foi aplicado Aguardar aplica o do sistema de frenagem Interligar a UG n barra desenergizada com suprimento das cargas essenciais pelo recurso de autorrestabelecimento Fim do teste integral individual da UGn Interligar aoSIN a UG n que passou pelo teste integral simult neo CONDI O DE FINALIZA O Esta a ltima UG que deve executar teste integral individual Selecionar a N o pr xima UG n Sim Figura 6 10 Teste integral individual estratificado 84 Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 85 O teste integral simult neo ocorre de forma similar ao individual diferenciando se especialmente pela quantidade m nima de unidades geradoras qu
122. rturba o passa por adequa es mais profundas Vale observar que de nada adianta ser capaz de restabelecer possuir recurso de autorrestabelecimento se n o for poss vel testar o conjunto para verificar sua disponibilidade durante uma perturba o real Falhas no processo podem provocar falta de energia por tempo muito maior do que aquele necess rio se o processo de restabelecimento ocorresse conforme planejado Em suma mais do que ser classificada como usina de autorrestabelecimento esta deve ser capaz de testar a plena funcionalidade de seus recursos de autorrestabelecimento e sistemas Desta forma extremamente importante que estas simula es ocorram para proporcionar valida o da disponibilidade das usinas bem como o suprimento de energia el trica para a sociedade de forma cont nua Conforme enfatizado ao longo deste trabalho na opini o dos autores vital que tais condi es sejam planejadas ainda na fase de projeto Contudo percebeu se que esta mudan a de perspectiva poderia introduzir expressiva complexidade aos processos previamente estabelecidos surgindo assim a motiva o para a proposta do SIAPE visando dirimir tal complexidade inerente ao processo de realiza o dos testes CONCLUS O E PROPOSTAS DE CONTINUIDADE O tema abordado nesta disserta o Testes Reais de Recomposi o de Usinas de Autorrestabelecimento Proposta Aplicada a Projetos de Usinas Hidrel tricas de Autorrestabelecimento consti
123. ru o o reservat rio passa pelo enchimento ficando a usina preparada para a fase de opera o 5 3 Diretrizes para Elabora o do Projeto B sico Aspectos Institucionais e Legais As diretrizes propostas pelas institui es e rg os do setor t m car ter geral n o dependem do tipo de pessoa jur dica empresa estatal ou privada que ir realizar o invent rio hidrel trico e independem da destina o da energia a ser gerada pelo potencial autoprodu o produ o independente ou servi o p blico Estas diretrizes s o flex veis e podem ser adaptadas em fun o das carater sticas do empreendimento H v rios documentos que regem a quest o relativa aos aproveitamentos e dentre eles destacam se e Constitui o da Rep blica Federativa do Brasil Art 153 O aproveitamento dos recursos minerais e de energia hidr ulica depende de autoriza o ou concess o federal na forma da lei e C digo de guas e Decreto n 24 643 de 10 de julho de 1934 e Lei n 8 987 de 13 de fevereiro de 1995 disp e sobre o regime de concess o e permiss o da presta o de servi os p blicos previstos no art 175 da Constitui o Federal e d outras provid ncias e Lein 9 427 de 26 de dezembro de 1996 institui a Ag ncia Nacional de Energia El trica ANEEL disciplina o regime das concess es de servi os p blicos de energia el trica e d outras provid ncias De forma geral o Projeto B sico pod
124. s ria a desenergiza o de uma barra para tal Esta fase corresponde ao passo Desenergizar uma barra para liga o das UGs As UGs devem inicialmente estar interligadas ao SIN antes do in cio do teste Esta fase corresponde aos passos Condi o inicial e Interligar ao SIN as UGs que passar o pelo teste O teste deve ser executado individualmente em cada uma das unidades geradoras Sendo assim h o loop no fluxograma da figura 6 10 para garantir a realiza o do teste em todas elas Seu in cio caracterizado pelo passo Iniciar teste integral individual A UG sob teste indicada como UG n A unidade geradora que passar pelo teste integral individual tem sua gera o reduzida para que sejam evitados golpes de gera o no SIN e portanto recebem comando de parada e t m seu disjuntor de interliga o aberto O marco para iniciar a contagem do tempo de normaliza o da UG a Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 83 abertura do disjuntor O processo de parada da unidade geradora mostrado no Cap tulo 3 na tabela 3 4 Esta fase corresponde aos passos Reduzir gera o da UG n Parar UG n Condi o do Disjuntor e Aguardar abertura do disjuntor de interliga o condi o para o teste individual que a UG conclua o processo de parada at a aplica o do sistema de frenagem O tempo de frenagem das unidades
125. s UGs dever o permanecer rodando ligadas barra desenergizada Execu o do teste parcial Quanto tempo as UGs dever o permanecer rodando a vazio e excitadas Execu o do teste integral Houve vertimento Fechar vertedouro Figura 6 6 Fluxograma representando o SIAPE de forma simplificada Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 77 Ao ser acionada a ferramenta requer que alguns par metros sejam inseridos O SIAPE faz questionamentos ao usu rio para que as condi es iniciais sejam parametrizadas Analisando o fluxograma percebe se que basicamente h tr s quest es relacionadas a vertimento unidades geradoras e tipo de teste Sobre a necessidade de vertimento Este requisito vari vel em fun o das condi es do rio e de opera o da usina e do SIN sendo extremamente relevante A finalidade de abertura do vertedouro manter a vaz o do rio para a ictiofauna local e para atendimento de necessidades da popula o ribeirinha durante a realiza o dos testes Ao informar que o vertedouro ser aberto dever ocorrer parametriza o quanto ao valor a ser vertido Sobre as unidades envolvidas nos testes Informa o importante a ser parametrizada diz respeito s unidades geradoras que passar o pelo teste simult neo Tanto no parcial quanto no integral na modalidade simult neo deve ser testado o n mero m nimo de UGs previsto
126. s de transmiss o com tens o igual ou superior a 230kV e das usinas despachadas centralizadamente cabe uma abordagem mais detalhada a respeito deste rg o Para que seja capaz de executar suas responsabilidades quanto ao SIN o ONS possui cinco centros pr prios de opera o S o eles CNOS Centro Nacional de Opera o do Sistema Centro de mais alto n vel hier rquico atuando sobre os demais centros do ONS Possui como fun es e Coordenar supervisionar e controlar a rede de opera o e as interliga es internacionais e Despachar a gera o das usinas operadas centralizadamente e Comandar e executar o despacho das usinas sob CAG Controle Autom tico de Gera o e Comandar e executar os CAT Controle Autom tico de Tens o e os ECS Esquema de Controle de Seguran a COSR Centros Regionais de Opera o do Sistema H quatro centros regionais de propriedade do ONS assim identificados COSR S Centro de Opera o Regional Sul COSR NCO Centro de Opera o Regional Norte Centro Oeste COSR NE Centro de Opera o Regional Nordeste COSR SE Centro de Opera o Regional Sudeste Os centros regionais s o respons veis por e Coordenar supervisionar e controlar a rede de opera o regional local e Supervisionar e controlar o despacho de gera o das usinas despachadas centralizadamente e da rede de opera o sist mica e Comandar e executar o despacho das usinas sob CAG CAT e ECS nas instala es de
127. s fontes de alimenta o UG1 UG2 UG3 fonte externa LD Linha de Distribui o de 13 8kV gerador diesel CF Casa de For a e gerador diesel VT vertedouro Na figura 3 6 os geradores diesel s o denominados GMG Este sistema tem configura o em barra dupla barras GA Barramento de Corrente Alternada do Lado A e GB Barramento de Corrente Alternada do Lado B Estas barras podem ser supridas por quaisquer das fontes em opera o Tais fontes s o classificadas de acordo com a hierarquia de assun o das cargas conforme mostrado no item seguinte 3 3 1 1 Tipos de Fontes de Suprimento de Energia As fontes de suprimento para o sistema de servi o auxiliar s o classificadas conforme hierarquia de alimenta o CUNHA 2006 Fontes Prim rias Internas Fontes prim rias internas podem ser dedicadas suprindo exclusivamente um determinado barramento ou compartilhadas suprindo energia para dois ou mais barramentos Fontes Prim rias Dedicadas espec fica Para melhor entendimento das fontes prim rias dedicadas toma se como exemplo a figura 3 6 na qual as fontes dedicadas s o UG1 e UG3 Estas s o denominadas dedicadas porque a UG1 supre exclusivamente a barra GA e a UG 3 supre exclusivamente a barra GB Fontes Prim rias Compartilhadas comum Na figura 3 6 observa se que a fonte compartilhada a UG2 que pode suprir tanto a barra GA quanto a barra GB Fontes Secund rias Externas As fontes secund rias externas s
128. spostos de maneira a facilitar os trabalhos de manuten o e principalmente de opera o Fonte ELETROBRAS 1999 Tipo Numero de unidades Pot ncia nominal Vaz o nominal Rota o nominal Rendimentos esperados N veis de montante m ximo de enchente m ximo normal m nimo m nimo excepcional N veis de jusante m ximo de enchente m ximo todas as unidades com carga nominal m nimo uma unidade com carga nominal m nimo sem fluxo Quedas l quidas m xima operacional nominal m nima operacional de projeto de refer ncia N mero espec fico de rota o Rota o de disparo estimada Di metro de entrada do rotor Di metro de sa da do rotor Eleva o da linha de centro do distribuidor Altura de suc o Dimens es principais da caixa espiral Altura do tubo de suc o Largura e altura da sa da do tubo de suc o Dist ncia do centro da unidade at a se o de sa da do tubo de suc o Di metro do po o da turbina Sobrepress o Sobrevelocidade m xima admiss vel em rejei o de carga m xima Tipo de regulador de velocidade GD2 da turbina AP NDICE A Crit rios para Projetos Eletromec nicos 95 Arranjo dos mancais Pesos estimados do rotor eixo pr distribuidor e caixa espiral Peso estimado da turbina completa Fonte ELETROBRAS 1999 Geradores Pot ncia nominal N mero de unidades Tens o de gera o Faixa de varia o de tens o pa
129. ss o e distribui o de energia el trica e para a outorga de concess o para aproveitamento de potenciais hidr ulicos ANEEL 2013 CCEE C mara de Comercializa o de Energia El trica C mara de Comercializa o de Energia El trica CCEE criada pela Lei n 10 848 de 15 de mar o de 2004 para suceder ao Mercado Atacadista de Energia El trica MAE Pessoa jur dica de direito privado sem fins lucrativos e sob regula o e fiscaliza o da ANEEL tem por finalidade viabilizar a comercializa o de energia el trica no Sistema Interligado Nacional SIN A CCEE tem por atribui o entre outras de promover leil es de compra e venda de energia el trica desde que delegado pela ANEEL manter o registro de todos os Contratos de Comercializa o de Energia no Ambiente Regulado manter o registro dos montantes de pot ncia e energia objeto de contratos celebrados no Ambiente de Contrata o Livre promover a medi o e o registro de dados relativos s opera es de compra e venda de energia el trica apurar o Pre o de Liquida o de Diferen as PLD do mercado de curto prazo por submercado CEPEL 2007 ONS Operador Nacional do Sistema El trico Tem a responsabilidade de operar supervisionar e controlar a gera o de energia el trica no SIN e administrar a rede b sica de transmiss o de energia el trica no Brasil atendendo aos requisitos de carga otimizando custos e garantindo a confiabilidade do sistema e
130. ss rio dos campos magn ticos durante perturba es Tal dispositivo tem o mesmo princ pio de funcionamento do rotor do motor de indu o do tipo gaiola O enrolamento do estator constitu do de barras figura 3 26 O ponto estrela conduzido para fora na forma de aterramento do neutro do gerador Barras do Estator WAN gli FX ORE DDS SS Figura 3 26 Barras do estator Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 36 Toda esta massa girante produz energia calor fica consider vel necess rio portanto um circuito de refrigera o para retirada do calor dissipado no gerador o qual pode ser realizado por meio de trocadores de calor ar gua como os mostrados na figura 3 27 Estes trocadores est o instalados na periferia do gerador Para que o rotor seja alimentado em corrente continua e seja auto excitado fazem se necess rios os dispositivos denominados an is coletores que s o empregados em geradores com sistema de excita o est tica A transfer ncia da corrente das partes fixas para as partes rotativas ocorre atrav s de contatos deslizantes que consistem de escovas fixas e de an is coletores rotativos An is coletores s o apresentados na figura 3 28 Figura 3 28 An is coletores Figura 3 27 Trocador de calor As escovas figura 3 29 alojadas nos porta escovas figura 3 30 t m a fun o de conduzir a corrente aos an is coletores
131. ssariamente passar pelo filtro hidrociclone tratado no item Turbina A gua do sistema de refrigera o depois de ter passado pelos v rios sistemas canalizada para o rio Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 492 7 O sistema de refrigera o relevante medida que altas temperaturas podem danificar os equipamentos a curto m dio e longo prazo que estejam submetidos a estas temperaturas Adicionalmente valores altos de temperatura podem levar a desligamentos intempestivos e falta de pr condi es de partida de unidades geradoras 3 3 11 Tomada D gua Servi os Perif ricos A capta o da gua para as turbinas requer um sistema que admita a gua mantendo uma press o adequada para o giro da turbina Esse sistema est alocado na estrutura denominada tomada d gua figura 3 42 A tomada d gua geralmente cont m comportas cuja fun o liberar ou isolar a gua para a turbina e em casos de emerg ncia atuar como prote o mec nica do grupo turbina gerador A comporta da tomada d gua aberta uma das pr condi es de partida da UG Es Figura 3 42 Tomada d gua Na figura 3 43 s o apresentadas comportas operadas verticalmente atrav s de um pist o o qual hidraulicamente alimentado por duas centrais leo hidr ulicas figura 3 44 Figura 3 44 Central leo din mica Figura 3 43 Pist es de acionamento das
132. sua rea de atua o definidas pelo ONS Os agentes de gera o de transmiss o e de distribui o t m a responsabilidade de comandar executar e supervisionar as instala es de gera o transmiss o e distribui o respectivamente Quanto s instala es que n o pertencem rede de opera o o centro de opera o do agente respons vel por a es de coordena o supervis o controle comando e execu o da opera o A figura 2 3 esquematiza as responsabilidades dos agentes Cap tulo 2 O Sistema Interligado Nacional 12 OPERA O DO SISTEMA Cordena o controle e supervis o OPERA O DAS INSTALA ES Demais Agentes de Opera o OPERA O DAS INSTALA ES Agenstes de Transmis o e Distribui o Agentes de OPERA O DAS Gera o DE TRANSMISS O DE GERA O INSTALA ES Comando Execu o Comando Execu o Comando Execu o Supervis o Supervis o Supervis o Figura 2 3 Responsabilidades dos agentes de gera o transmiss o distribui o e NS No contexto desta disserta o importante ressaltar mais uma vez que de responsabilidade dos agentes de gera o a execu o dos testes reais de recomposi o nas usinas classificadas para tal O ONS deve acompanhar e gerir a execu o de tais testes ONS 2012a Conforme j introduzido no Cap tulo 1 os testes t m a finalidade de verificar se as usinas classificadas para tal t
133. tado induzida tens o no estator do gerador Desta forma este sistema fornece corrente cont nua ao enrolamento de campo do gerador possibilitando a regula o da tens o e estabilidade em dist rbios A tens o do gerador pode ser alterada por meio da varia o da corrente no campo Sendo assim o regulador de tens o atua diretamente no controle de pot ncia reativa Vale ressaltar que a excita o inicial do gerador uma pr condi o relevante e essencial para o processo de gera o 3 3 5 Sistema de Regula o de Velocidade O sistema de regula o de velocidade opera controlando a rota o da turbina e consequentemente a pot ncia ativa Este relevante porque outros sistemas poder o entrar em opera o ou deixar de operar a partir da velocidade da turbina E necess rio que haja realimenta o do par metro velocidade para a opera o de outros sistemas Logo informa es para o regulador de velocidade s o relevantes tais como posi o das p s condi o operativa do sistema de excita o e do sistema de frenagem pr condi es para sincronismo com o SIN comandos de parada por sobrevelocidade entrada em opera o da bomba de inje o rota o da turbina Nos sistemas el tricos ocorrem varia es de carga e gera o constantemente o que poderia levar a UG a varia es bruscas de frequ ncia Para que isto n o ocorra o sistema de regula o de velocidade atua variando a quantidade de gua na turbi
134. tado atrav s das tubula es de alimenta o no mancal de escora As figuras 3 18 e 3 19 apresentam respectivamente bombas do mancal de escora da turbina localizadas sobre o tanque de leo e trocadores de calor para refrigera o do leo do mancal de escora Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 31 Figura 3 18 Bombas do Figura 3 19 Trocadores de calor do mancal de escora mancal de escora O trocador de calor em funcionamento utiliza gua de refrigera o proveniente do sistema de gua de servi o da usina O excedente de leo da cuba do mancal de escora retorna por gravidade ao reservat rio O n vel de leo na carca a do mancal permanece praticamente constante durante a opera o da turbina A temperatura no tanque do mancal e a temperatura na cuba devem ser monitoradas Especificamente durante a sequ ncia de partida e durante a sequ ncia de parada da unidade geradora uma bomba de alta press o denominada bomba de inje o injeta leo no centro de cada sapata do mancal de escora para criar uma pel cula de leo reduzindo o atrito Mesmo que uma perturba o leve ao desligamento total das UGs faz se necess rio um suprimento de energia a fim de garantir o desligamento sem danos para os equipamentos Outro tipo de mancal o de guia da turbina que tem a finalidade de suportar os movimentos radiais da mesma O sistema de lubrifica o deste mancal funciona por
135. teste simult neo poder ter in cio Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 80 In cio teste parcial CONDI O INICIAL As UGs que passar o pelo teste individualest o interligadasao SIN Interligar ao SIN as UGs que passar o pelo teste In ciar teste parcial individual Reduzir gera o da UG n Abrir disjuntor de interliga o da UG mantendo esta girandoa vazioe excitada CONDI O DA UG n A UG permanece girando a vazioe excitada Sim CONDI O DE TEMPO Manter UG girandoa vazio O tempo m nimo de giro a at que o tempo m nimo vazio foi atingido seja atingido Sim Interligar a UG n ao SIN Fim do teste parcial individual da UGn Elevar gera o da UG n que passou pelo teste parcial individual CONDI O DE FINALIZA O Esta a ltima UG que deve executar testes parcialindividual Selecionar pr xima UG n Sim Figura 6 8 Teste parcial individual estratificado Cap tulo 6 SIAPE Proposta Aplicada a Projetos de Usinas de Autorrestabelecimento 81 L O teste simult neo similar ao parcial diferenciando se deste ltimo pelo fato de duas ou mais UGs permanecerem rodando a vazio e excitadas simultaneamente Mesmo que a usina possua apenas uma UG com deriva o para o servi o auxiliar esta UH dever executar o teste simult neo com uma UG que n o o possui A estratifica o do blo
136. to de Usinas Hidrel tricas 23 2F4 GB 5263 52GB 52GA 52G1 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 5243 5244 5245 5246 52B6 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 5241 52A2 5243 5244 52A5 5246 52B1 5241 52B2 52B3 52A3 52B4 5244 52B5 52A5 5246 Figura 3 7 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA com UG2 fora de opera o e Comuta o Autom tica Considerando a UG1 Indispon vel Estando a UG1 fora de opera o e as UG2 e UG3 em opera o a barra GA tem suas cargas supridas pela UG2 via disjuntor 52G2A e a barra GB tem suas cargas supridas pela UG3 via disjuntor 52G3 O disjuntor 52G2B referente UG2 permanece aberto pois as cargas da barra GB j estar o supridas atrav s da UG3 via disjuntor 5263 A figura 3 8 apresenta a configura o com a UG1 fora de opera o p SE p SE p SE Fonte Externa 13 8KV nm GB 5263 52GB 52G2B 52DB 52GA 52G1 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 5241 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B1 52B2 52B3 52B4 52B5 52B6 52A1 52A2 52A3 52A4 52A5 52A6 52B1 52A1 52B2 52A2 52B3 52A3 52B4 52A4 52B5 52A5 52A6 Figura 3 8 Diagrama unifilar do servi o auxiliar CA com UG1 fora de opera o Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 24 e Comuta o Autom tica Considerando a UG3 Indispon vel Estando a UG3 fora de opera o e as UG1 e UG2 em opera o a barra GB tem suas cargas supridas pela UG2 via disjuntor 52G2B e a barra
137. tores Escovas Gerador Servi os Perif ricos Sistema de Frenagem Desumidificador Rel de g s ou rel bulchoz Transformadores Elevadores Comutador de tapes Radiadores e ventiladores V lvula de seguran a Sistema de Ar Comprimido U Secador de ar Sistema de Agua Industrial e de Resfriamento Bombas Tomada D gua Servi os Perif ricos g s Est gios de abertura e fechamento Vertedouro Servi os Perif ricos Abertura e fechamento Grupo Motor Gerador a Diesel de Emerg ncia Pr condi es de partida da UG Sequ ncia de partida da UG Sequ ncia de parada da UG Sequ ncia Gen rica para Conex o e Desconex o de UG ao Sistema Cap tulo 3 Conceitos B sicos Sobre o Funcionamento de Usinas Hidrel tricas 20 3 3 1 Servi o Auxiliar de Corrente Alternada Os sistemas de servi o auxiliar podem ser em CA corrente alternada ou CC corrente cont nua Ambos s o essenciais para o processo de opera o da usina e das unidades geradoras Neste item nfase dada ao servi o auxiliar CA em fun o do seu maior impacto para os testes reais de recomposi o O servi o auxiliar CC tratado no item seguinte O servi o auxiliar CA um conjunto de equipamentos e subsistemas que supre energia para as cargas essenciais opera o das unidades geradoras nas condi es de gerador compensador s ncrono em processo de partida ou processo de parada Numa perturba o este sistema essencial pa
138. tui uma das quest es mais atuais no contexto de seguran a para o suprimento do sistema el trico de pot ncia A rotina operacional para realiza o dos testes de recomposi o elaborada pelo ONS para implementa o e execu o em usinas classificadas do SIN exige dos agentes a elabora o de estrat gias e procedimentos para sua execu o Tais estrat gias e procedimentos nem sempre s o triviais pela diversidade de projetos existentes que na maioria dos casos n o contemplam tal necessidade que relativamente recente A necessidade de fornecer um feedback s reas de projeto de usinas hidrel tricas quanto realiza o de testes reais de recomposi o constituiu a principal motiva o deste trabalho A princ pio a proposta da disserta o era fornecer algumas diretrizes rea de projetos de usinas hidrel tricas Entretanto ao longo do trabalho foi verificada a partir de usinas adequadas execu o do teste a oportunidade de propor um procedimento a ser automatizado para realiza o dos mesmos o SIAPE Este integraria o conjunto de outros automatismos j implementados em usinas hidrel tricas tais como parada partida convers o e revers o de unidades geradoras circuito de al vio de carga exerc cio do GMG e tantos outros Sendo assim em um contexto de constante automa o de processos consagrados esta disserta o sinaliza diretrizes interessantes quanto ao projeto de sistemas automatizados de
139. tura das comportas tem necessidade de suprimento de energia Verifica se que para os testes simult neos a preocupa o relativa plena capacidade de abertura das comportas tamb m ocorre Isto porque para estas usinas poder ocorrer o fechamento de uma ou mais comportas sendo necess ria a abertura destas e o suprimento de energia para os dispositivos de abertura Desta forma interessante verificar as comuta es para suprimento de energia s comportas da tomada d gua bem como iniciar o teste com a comporta da tomada d gua fechada Por m esta n o uma diretriz da rotina para execu o dos testes Algumas instala es possuem lombas manuais para abertura das comportas da tomada d gua que de forma alternativa ao suprimento el trico poderiam ser testadas Algumas usinas t m tomadas de gua para suprimento de servi os essenciais da unidade geradora coletados do conduto for ado Um exemplo deste servi o o sistema de veda o deslizante que deve estar em opera o mesmo que a UG esteja desligada O fechamento da comporta pode levar a baixo n vel de gua do conduto o que acarreta indisponibilidade de servi os como gua para o sistema de refrigera o para o funcionamento de ejetores dentre outros Desse ponto de vista o fechamento da comporta da tomada d gua tem sentido durante a realiza o do teste simult neo em fun o dos equipamentos comuns a duas ou mais unidades geradoras Apesar da
140. veis f sseis fontes energ ticas renov veis e efici ncia energ tica criada pela Lei n 10 847 de 15 de mar o de 2004 EPE 2013 CMSE Comit de Monitoramento do Setor El trico Comit de Monitoramento do Setor El trico CMSE criado pela Lei n 10 848 de 2004 e constitu do pelo Decreto n 5 175 de 2004 com a fun o de acompanhar e avaliar permanentemente a continuidade e a seguran a do suprimento eletroenerg tico em todo o territ rio nacional E presidido pelo Ministro de Estado de Minas e Energia e composto por quatro representantes do Minist rio de Minas e Energia e pelos titulares da ANEEL ANP CCEE EPE e ONS CMSE 2013 ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica Ag ncia Nacional de Energia El trica ANEEL autarquia em regime especial vinculada ao Minist rio de Minas e Energia MME criada pela Lei n 9 427 de 26 de dezembro de 1996 E o rg o regulador do Setor El trico encarregado de entre outras atribui es 1 regulamentar e fiscalizar o servi o concedido e fiscalizar permanentemente a sua presta o li mediar os conflitos de interesses entre os agentes do setor el trico e entre estes e os consumidores iii implementar as pol ticas e diretrizes do governo federal para a explora o da energia el trica e o aproveitamento dos potenciais hidr ulicos e iv promover as licita es destinadas contrata o de concession rias de servi o p blico para produ o transmi
141. vitar a degrada o ao ecossistema Os principais textos legais que orientam quanto ao licenciamento ambiental s o as Resolu es do CONAMA no 237 97 a Pol tica Nacional de Meio Ambiente Lei n 6 931 81 a Lei de Crimes Ambientais o Decreto n 99 2 74 90 e outras legisla es estaduais e municipais 5 4 Investiga o dos Crit rios Gerais do Projeto B sico Das fases do projeto de usinas hidrel tricas a do Projeto B sico a de maior interesse nesta disserta o Desta forma faz se necess rio relembrar de forma sucinta as diretrizes para execu o de projetos de usinas hidrel tricas Na vasta pesquisa realizada na documenta o que aborda o assunto foram estudadas as diretrizes sob a tica dos testes de recomposi o Algumas delas se destacam e neste item s o tratadas e comentadas as seguintes refer ncias b sicas ELETROBRAS 1999 ANEEL 1998 e CEPEL 2007 As diretrizes de projeto s o relevantes na medida em que as estruturas destinadas a usinas hidrel tricas operam em condi es cr ticas e vari veis as quais podem acarretar situa es danosas ao empreendimento aos envolvidos e s popula es adjacentes usina Visando evitar tais situa es de impacto os crit rios de projeto estabelecem condi es que devem ser atendidas na elabora o do Projeto B sico Estas condi es s o estabelecidas a partir das etapas anteriores de projeto e definem diretrizes para estruturas civis e eletromec

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