Teste Ponta a Ponta, nas Protees das Linhas de Transmisso Cachoeira Paulista-Itajub E Itajub-Poos de Caldas 500KV, Sincronizado por GPS, Utilizando Sinais Transitrios Modelados em ATPArtigo apresentado no XVII SNPTEE Seminrio Nacional de Produo e Transmisso de Energia Eltrica, em Uberlndia, em 2003.Autores:Marcelo Paulino(Adimarco),Roberto Lima(Furnas),Geraldo Auon(Furnas),Reginado Oliveira(Cemig)ResumoEste trabalho apresenta os procedimentos adotados na realizao dos ensaios ponta a ponta envolvendo as linhas de transmisso de 500KV de Cachoeira Paulista-itajub e Itajub-Poos de Caldas. O pioneirismo do teste deve-se ao fato de o mesmo ter sido realizado envolvendo instalaes de duas empresas do setor eltrico brasileiro, FURNAS Centrais Eltricas S A e CEMIG, Companhia Energtica de Minas Gerais. Atestando assim, a capacidade dos procedimentos adotados de envolver equipes, configuraes de instalaes e seqncias de fases diferentes nos dois sistemas testados. Nos sistemas de teste foram utilizados equipamentos de testeOMICRONj existentes nas empresas, sincronizados com CMGPS.IntroduoOs sistemas de proteo de linhas de transmisso dotados de teleproteo so comumente estruturados utilizando-se dois rels de distncia alocados em cada extremidade e um sistema de comunicao entre eles capaz de remover, instantaneamente, uma falta ao longo de toda linha de transmisso. Dentro dos padres de teste e comissionamento normalmente aceitos, o procedimento seguido para testar a funcionalidade e as caractersticas da proteo de distncia o de realizar ensaios nos rels individualmente nas duas pontas da linha de transmisso. Utilizando-se procedimentos e ferramentas adequadas, como equipamentos de teste microprocessados, principalmente depois da introduo de rels eletrnicos multifuncionais, tem-se obtidos bons resultados na garantia da atuao desses rels, dentro das caractersticas de parametrizao exigidas. Entretanto tal procedimento traz a desvantagem de testar os rels individualmente, ou seja, no existe garantia de que todo o sistema de proteo trabalhar em conjunto, apenas partes deste sistema. Esta desvantagem pode ser superada com a aplicao de um mtodo capaz de testar o sistema completo como uma unidade, isto , testar os rels em cada ponta da linha de transmisso e o link de comunicao, com um teste simulando as condies reais de atuao de todo sistema de proteo. Este mtodo consiste no teste ponta a ponta, sincronizado por sinais de satlite do sistema de posicionamento global (GPS), utilizando sinais transitrios gerados por programas de simulao de redes eltricas. Os sinais de falta so cuidadosamente selecionados de forma a possibilitar a execuo do teste e posterior anlise das atuaes do sistema de proteo atuando como um sistema nico, dada a aplicao simultnea dos sinais de falta nos rels de proteo nos dois terminais da linha de transmisso. O pioneirismo do teste apresentado neste trabalho deve-se ao fato de o mesmo ter sido realizado envolvendo instalaes de duas empresas do setor eltrico brasileiro, FURNAS Centrais Eltricas S A e CEMIG, Companhia Energtica de Minas Gerais. Atestando assim, a capacidade dos procedimentos adotados de envolver equipes, configuraes de instalaes e seqncias de fases diferentes nos dois sistemas testados. Os testes foram estruturados com equipamentos de teste OMICRON j existentes nas empresas, sincronizados com unidades CMGPS, proporcionando uma sada no tempo especificado pelo usurio. Este sinal de clock usado como referncia para partidas simultneas dos equipamentos de teste nos terminais das linhas de transmisso testadas. Assim, foram aplicados arquivos de falta com eventos transitrios contendo sinais analgicos secundrios de tenses e correntes, gerados pelo programa de simulao ATP. Tais arquivos so preparados de forma a possibilitar a injeo simultnea desses sinais nos rels dos terminais das linhas de transmisso testadas.Descrio do Sistema Eltrico Dados das Linhas de TransmissoOs testes foram realizados para o seccionamento da Linha Cachoeira Paulista-SP e SE Poos de Caldas-MG, ambas de Itajub 3-MG, subestao da CEMIG. As linhas de transmisso possuem os seguintes dados: (1) LT Itajub Cachoeira Paulista: Linhas de 500 kV, 56 km, circuito simples, 3 cabos 954 KCM por fase, com cabo pra-raios convencional (2) LT Poos de Caldas Itajub: Linha de 500 kV, 142 km, circuito simples, 3 cabos 954 KCM por fase, com cabo pra-raios convencional.

Protees UtilizadasO sistema de proteo de distncia foi configurado utilizando o rel Alstom MiCOM P437, cujas principais funes so: Caracterstica de trip poligonal ou circular: 6 zonas Esquema de medio completa Trip trifsico ou monofsico 6 zonas independentes e controle de zona estendida Todas as zonas podem ser configuradas para frente, reversamente e no direcional Com ou sem compensao de linha paralela Adequado para linhas com compensao srie Filtragem especial para transientes Algoritmo especial para deteco e compensao de saturao do TCOs esquemas de proteo habilitados no sistema foram:1. Esquema de transferncia de disparo por sobrealcance permissivo (POTT)2. Esquema de transferncia de disparo direto por subalcance (DUTT)3. Religamento MonopolarA figura 2 mostra o esquema de proteo POTT aplicada ao sistema de proteo:

As funes do rel habilitadas foram: DIST: Distance Protection PSB : Power Swing Blocking and Tripping MCMON:Measuring Circuit Monitoring BUOC: Back-up Overcurrent PSIG: Protective Signaling SOFT: Switch on-to Fault DTOC: Definite-time Overcurrent IDMT: Invers Definite Min. Time OC GFSC: Ground-Fault (short-circuit) Prot GFSIG : Ground-Fault Signaling V: Over/Undervoltage Protection f: Over/Underfrquency Protection LOGIC: Programmable Scheme Lconfigurao e PREPARAO do teste ponta a pontaUma forma de verificar a completa funcionalidade de todo esquema de teleproteo promovendo faltas reais na linha, que consomem uma boa quantidade de tempo e custo e no so, de nenhuma forma, prticos. Utilizando equipamentos de testes digitais sincronizados por sinais de satlite de sistema de posicionamento global (GPS) e sinais de tenso e corrente, no domnio do tempo, gerados por programas de simulaes de transitrios eletromagnticos como ATP, possvel verificar o desempenho do esquema de teleproteo na sua totalidade.Modelagem Arquivos de Feita pelo ATPOs sinais modelados no ATP compreenderam dois grupos de faltas. O primeiro grupo formado por faltas internas AN, BN, CN, ABN e ABC, com localizao de falta em 10%, 50% e 90% da LT, em condio de carga pesada e ngulo de incidncia de 90. O segundo grupo formado por faltas externas nas barras de Cachoeira Paulista, Itajub e Poos de Caldas, reproduzindo as mesmas condies de sistema e ngulo de incidncia anteriores. Para as faltas modeladas foram estabelecidos 250 ms de pr-falta, 100 ms de falta e 50 ms de ps-falta. As respostas dos rels e sistema testados foram monitoradas pelo sistema de aquisio de dados do rel, registro de eventos dos equipamentos OMICRON e por oscilgrafos agregados ao sistema de teste. Foram estabelecidos limites na gerao dos sinais de falta de forma a respeitar os limites do hardware dos equipamentos de teste utilizados. Depois de definidos os arquivos de falta, foram realizadas simulaes em bancada de forma constatar e/ou evitar saturaes das fontes do hardware do equipamento de teste. Foram definidas as seguintes condies para as simulaes: Cenrio : Carga Mxima Faltas : AN, BN, CN, ABN e ABC. ngulo de incidncia: 90. Resistncia de falta: 0 ohms. Faltas internas (1, 2 e 3) Na linha paralela e nas barras Localizao da falta :10%, 50% e 90% Intervalos comuns para todas as faltas: 350 ms de pr-falta 100 ms de falta 50 ms de ps-falta Fechamento sobre falta

Equipamentos UtilizadosEquipamento de Teste Trifsico CMC156

O hardware contem os seguintes elementos: Uma seo de gerao de sinal que prov doze canais independentes Uma seo de amplificao com trs amplificadores de tenso e trs de corrente Uma seo de temporizao numrica de alta preciso com dez entradas binrias para deteco de seqncia de contatos Uma seo de medio analgica com duas entradas analgicas para a medio de sinais de transdutores Quatro rels de sada Circuitaria completa de controle de sistemaA gerao de sinais executada digitalmente (Tecnologia DSP). A converso D/A de 16-bit resulta em um sinal de alta qualidade inclusive para pequenas amplitudes. Em adio as seis sadas da seo de amplificao, seis canais independentes com baixo nvel de sinal esto disponveis na parte traseira da unidade. Eles podem ser usados para controlar amplificadores externos, para aplicaes que necessitem mais que trs fases de tenses ou correntes. Estes canais so utilizados para aplicaes que necessitem de correntes, tenses e potncias de sada maiores que as disponveis noCMC156, como foi o caso do teste ponta a ponta, com a utilizao do amplificador de corrente CMA156. Do CMC156 foram utilizados os canais analgicos de tenso, alm das entradas binrias que aquisitaram a resposta do sistema.Amplificadores de Corrente CMA 156

O CMA 156 da OMICRON um amplificador de corrente contendo seis canais independentes de corrente, dispostos em dois grupos isolados, A e B. Estes canais podem ser usados independentemente das sadas da CMC 156/256. O CMA 156 conectado ao CMC por meio de um cabo de controle no painel traseiro das unidades. As sadas da CMA 156 esto separadas galvanicamente das sadas da CMC. As sadas da CMA 156 podem ser conectadas em srie ou paralelo para se conseguir a potncia necessria.Unidade de Sincronizao CMGPS OMICRON

Quando se realizam testes ponta a ponta dos esquemas de proteo de linhas, so necessrias vrias partidas simultaneamente. A CMGPS uma unidade baseada em sincronizao GPS que e usada com os equipamentos de teste CMC. O CMGPS recebe os sinais dos satlites do sistema de posicionamento global (GPS) e proporciona uma sada no tempo especificado pelo usurio. Este sinal de clock usado como entrada de trigger para a partida da unidade CMC. O CMGPS foi desenvolvido para cumprir os requisitos de testes de campo, porque o receptor de GPS normal tem algumas desvantagens (tamanho, peso, funcionamento complicado). O CMGPS tipicamente est pronto para operao 5 minutos depois de ativado e emite um pulso pr minuto (1 sinal PPM). O pulso de sincronizao pode ser configurado de acordo com a necessidade da aplicao. O software que est integrado com os mdulos de teste (neste caso utilizando o Advanced Transplay) e tambm prov uma aplicao independente. Isto permite o ajuste do primeiro pulso de sada, a freqncia e a polaridade.Parametrizao Arquivos de Teste com Advanced Transplay OMICRON.Advanced transplay uma ferramenta universal para realizar testes com sinais transitrios utilizando o sistema CMC da OMICRON. Arquivos de sinais transitrios obtidos dos registradores digitais de faltas ou de programas de simulao de redes eltricas podem ser carregados, processados e reproduzidos com o Advanced Transplay. A resposta do rel que est sendo testado com estes sinais gravada e avaliada e um relatrio do teste gerado. O Advanced Transplay aceita os formatos de arquivos COMTRADE (C37.111-1991 e P37.111/D11), PL4 (formato ASCII para PC) e TRF. Isto facilitou a realizao das mscaras de teste, devido sada em PL4 dos sinais gerados pelo ATP. Para cada falta foram geradas tenses e correntes trifsicas para os dois terminais de linha e o software utilizado permitiu a distribuio dos sinais de acordo com cada terminal Marcadores foram ajustados para assinalar pontos significantes do oscilograma, tal como o ponto de incio da falha, partida, disparo, etc. Estes marcadores constituem a base para as medies de tempo. O Advanced Transplay no s produz sinais de tenso e de corrente como tambm pode reproduzir sinais binrios de um registro de faltas via sadas binrias (transistor ou rel) do CMC. Sinais binrios adicionais (por exemplo, sinais de envio/recebimento de esquemas baseados em comunicao) podem ser agregados. A Figura 7 mostra a tela de um teste j realizado com a oscilografia do sinal, a simulao de sinais de disjuntores e a respostas das entradas binrias.

A resposta da proteo medida e avaliada por meio de medies de tempo. Medies de tempo absoluto ou relativo so possveis. Medies de tempo absolutas so realizadas determinando-se os intervalos de medio segundo os marcadores ajustados sobre a oscilografia, que determinam, por exemplo, os tempos de partida ou disparo do rel enquanto o sinal reproduzido. Medies relativas comparam a resposta do rel durante a reproduo do sinal e sua resposta original armazenada no registro (referncia), ou seja, o operador define os valores esperados e os intervalos de tolerncia para cada tempo lido. O sistema devolve automaticamente e graficamente uma avaliao do ponto testado, conforme mostrado na Figura 5:

Testes PreliminaresForam realizados testes preliminares a fim de confirmar os procedimentos adotados e validar o sistema de teste utilizado. Foi montada uma bancada de testes simulando as duas pontas da linha de transmisso, conforme a figura 6. Os sistemas no possuam nenhuma conexo entre si. Eram constitudos de dois equipamentos de teste CMC156 e dois mdulos CMGPS. Ambos acionavam um rel com as parametrizaes reais da linha Cachoeira Paulista-Itajub. Para efeito de teste foram utilizados um rel MiCOM P437 e um rel SEL321, recebendo sinais de falta monofsica C-N, a 10% do comprimento da linha contado a partir do terminal de Cachoeira Paulista.

As sadas analgicas das duas malas de teste foram aquisitadas por um oscilgrafo, resultando na comparao dos tempos de disparo de cada equipamento de teste.

Os resultados obtidos indicaram um erro mdio na sincronizao dos disparos de aproximadamente 50ms. Alm do teste de sincronizao, foram realizadas aplicaes de todos os arquivos de falta simulados, de forma a constatar a performance do equipamento de teste utilizado. Os testes obtiveram resultados que aprovaram os procedimentos adotados e o sistema utilizado. A Figura 7 mostra os sinais de corrente dos dois sistemas aplicados aos rels.Procedimentos para realizao do Teste PONTA A PONTA.Como relatado um dos desafios dos testes realizados foi estabelecer a coordenao envolvendo equipes de duas companhias, FURNAS Centrais Eltricas S A e CEMIG, Companhia Energtica de Minas Gerais, e uma empresa prestadora de servios, a ADIMARCO Representaes e Servios LTDA. Outro problema enfrentado foi estabelecer um procedimento nico para instalaes com configuraes e seqncias de fase diferente nos dois sistemas testados. Na SE Itajub (CEMIG) a seqncia de fases ABC e nas SE C Paulista e SE P Caldas (FURNAS) a seqncia de fases CBA. Graas simplicidade na operao do sistema de teste, estes problemas foram facilmente resolvidos, sendo possvel sua comprovao antes do teste ponta a ponta, quando da realizao dos testes preliminares.Configurao das Mscaras de Teste.Foram modelados 30 tipos de faltas gerados pelo ATP, em formato PL4. Cada arquivo de falta com 12 sinais analgicos, 3 tenses e 3 correntes para cada ponta de linha. Para cada arquivo de falta foram criadas duas mscaras de teste utilizando-se o software Advanced Transplay, para serem utilizadas no teste sincronizado em cada ponta da linha testada. O mesmo processo foi repetido para as duas linhas de transmisso testadas. De forma a sistematizar o uso desses arquivos foram estabelecidos padres para identificao de cada arquivo. Onde: CP: SE Cachoeira Paulista IT: SE Itajub PC: SE Poos de Caldas SOTF: Switch on-to Fault BF Falhas do Disjuntor ECO: Echo Logic ABC: Faltas trifsicas ABN: Faltas bifsicas AN, BN. CN: Faltas monofsicasPara a linha de Cachoeira Paulista-Itajub foi estabelecida a referncia na SE C Paulista,ou seja, a linha inicia-se em na SE C Paulista (0% LT) e finaliza-se na SE Itajub (100% LT). Para a linha de Itajub-Poos de Caldas foi estabelecida a referncia na SE Itajub,ou seja, a linha inicia-se em na SE Itajub (0% LT) e finaliza-se na SE P Caldas (100% LT). Como exemplo, para uma falta monofsica A-N, a 10% da SE C Paulista, foram criadas duas mscaras de teste, cujos rtulos so mostrados a seguir.

Execuo do Teste Ponta a PontaDe posse dos arquivos de teste foram formadas duas equipes, uma em cada ponta da linha de transmisso testada. O teste foi realizado na proteo principal. Foram conectados ao painel de proteo uma unidade de teste CMC156, um amplificador de corrente CMA156 e a unidade de sincronizao CMGPS, conforme mostrado na Figura 12.

A superviso dos sinais digitais da resposta do sistema de proteo foi realizada pelo CMC156 atravs das 10 entradas digitais, coletando os seguintes eventos: TRIP A: Trip na fase A TRIP B: Trip na fase B TRIP C: Trip na fase B R PSIG: Recepo de PSIG T PSIG: Transmisso de PSIG R GSCSG: Recepo de GSCSG T GSCSG: Transmisso de GSCSG RTT A: Recepo de Transfer Trip fase A RTT B: Recepo de Transfer Trip fase B RTT C: Recepo de Transfer Trip fase CCom o objetivo de confirmar os eventos e a superviso, foi conectado ao sistema de teste um oscilgrafo, aquisitando os eventos acima e acrescentando os seguintes eventos: FALHA CANAL 1 FALHA CANAL 2 DISJ 1A: Disjuntor 1 fase A DISJ 1B: Disjuntor 1 fase B DISJ 1C: Disjuntor 1 fase C DISJ 2A: Disjuntor 2 fase A DISJ 2B: Disjuntor 2 fase B DISJ 2C: Disjuntor 2 fase CCom o sistema de teste conectado ao painel de proteo, foi inicializado o software Advanced Transplay e carregada a mscara de teste previamente preparada. Depois de carregado o arquivo de falta, seguindo uma ordem pr-estabelecida, foi inicializado o software CMGPS, aguardando Locking, ou seja, o estabelecimento da conexo da unidade de sincronizao com os satlites do GPS. Este intervalo de tempo no ultrapassou 5 minutos. Usando uma linha telefnica para estabelecer o contato entre as duas equipes, foi definido o horrio para o disparo da falta no sistema. Aps o teste, os resultados foram facilmente monitorados pela tela do software de teste.

ResultadosNa execuo dos 60 casos simulados pode-se analisar a atuao dos componentes do sistema de proteo testado. Dentre outros, foram observados os seguintes problemas:1. Erro no faseamento do sinal de transferncia de disparo monopolar. Dada a falta em uma fase, ocorria a recepo de sinal de disparo para outra fase.2. Erro de projeto na fiao da bobina de corrente residual do rel. Foi constatado o disparo da proteo para faltas monofsicas externas na barra.3. A lgica de religamento no funcionava como projetado.ConclusesO mtodo apresentado oferece novas possibilidades para teste de proteo e poder desempenhar um papel importante no que diz respeito a temas como anlise distncia para atendimento a clientes ou testes integrados entre empresas fornecedoras e consumidores de energia eltrica. Com os mtodos tradicionais um teste dessa complexidade pode durar vrias horas de trabalho intensivo de diversos especialistas, em ambos os locais de teste, pois rels de proteo digitais trazem benefcios significativos em todos os aspectos dos sistemas de potncia, porm eles requerem maior sofisticao das instalaes e principalmente uma qualificao diferenciada dos profissionais envolvidos nas vrias etapas do projeto at a manuteno destes sistemas Isto posto, exigida das equipes envolvidas uma qualificao superior abrangendo noes de sistemas de potncia, de parametrizao de rels, de operao de software dedicado. Com os procedimentos adotados torna-se possvel que especialistas possam dar apoio a equipes de teste sem a necessidade de sua presena fsica no local do teste, pois a metodologia e procedimentos de teste podem ser facilmente executados pelas equipes locais. O teste isolado de equipamentos, instalaes, painis e sistemas de comunicao comprovam sua validade e performance separadamente. Entretanto, com a injeo de faltas simuladas no sistema de proteo como um todo, cria-se a oportunidade de testar por completo o esquema de proteo. Pode-se testar, por exemplo, a integrao dos sistemas de teleproteo, religamento monopolar, dentre outros. Alm disso, o procedimento de teste criado poder ser utilizado para testes convencionais de rotina. Dentre outras vantagens observadas, destacamos:1. A performance dos rels, bem como as lgicas de teleproteo so verificadas.2. Simplicidade na realizao dos testes, com nmero reduzido de conexes no painel3. Os testes foram realizados com equipamentos convencionais j existentes nas empresas.4. Toda a preparao foi feita off line, no escritrio.5. O teste foi realizado na frao do tempo que seria necessrio para o teste convencional.6. O procedimento de teste criado pode ser utilizado para testes convencionais de rotina. De posse dos resultados obtidos nos teste de comissionamento, tem-se os valores reais das atuaes do sistema de proteo. Tais valores podem ser incorporados aos procedimentos de teste promovendo uma avaliao rpida e confivel da performance do sistema.7. A anlise detalhada mediante a injeo de uma falta no sistema pode ser realizada imediatamente aps os testes, promovendo imediata correo das no conformidades encontradas. O processo pode ser facilmente repetido at a obteno do resultado desejado.