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WORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR-SISTEMA
JWG CIGRE A2/C4.3
CE A2 e C4
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
22 de Outubro de 2009, CEPEL, Rio de Janeiro, RJ22 de Outubro de 2009, CEPEL,
Rio de Janeiro, RJ
Comitê C4 de Desempenho de Sistema ElétricosComitê C4 de Desempenho de Sistema Elétricos
C4.3 - Coordenação do IsolamentoC4.3 - Coordenação do Isolamento
Comitê A2 de Transformadores do Cigré-Brasil Comitê A2 de Transformadores do Cigré-Brasil
Início dos trabalhos em Maio/2005.Início dos trabalhos em Maio/2005.
Participação Ativa : Participação Ativa : CEPEL, ELETROSUL, FURNAS, CEPEL, ELETROSUL, FURNAS, CEMIG, CHESF, ELETRONORTE, AREVA, WEG, SIEMENS, CEMIG, CHESF, ELETRONORTE, AREVA, WEG, SIEMENS, ONSONS..
Contribuições: Contribuições: UFMG, PUC-PR, TOSHIBA, ABB, UFMG, PUC-PR, TOSHIBA, ABB, AES/ELETROPAULO, CTEEP, COPEL, ITAIPU, LACTEC, AES/ELETROPAULO, CTEEP, COPEL, ITAIPU, LACTEC, FURBFURB
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
MOTIVAÇÃOMOTIVAÇÃO
Percentual elevado Percentual elevado de falhas de origem de falhas de origem dielétrica, de difícil diagnóstico, em dielétrica, de difícil diagnóstico, em transformadores do Sistema Interligado transformadores do Sistema Interligado Nacional.Nacional.
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
Determinadas condições de operação do sistema
poderiam estar produzindo solicitações para as
quais os transformadores não foram testados ou
projetados ?
ASPECTOS SISTÊMICOSASPECTOS SISTÊMICOS
ALTERAÇÕES SIGNIFICATIVAS NA TOPOLOGIA DO ALTERAÇÕES SIGNIFICATIVAS NA TOPOLOGIA DO SISTEMA ( NOVOS ACESSANTES, NOVAS SISTEMA ( NOVOS ACESSANTES, NOVAS
INTERLIGAÇÕES) INTERLIGAÇÕES)
AUMENTO DE MANOBRAS NO SISTEMA PARA AUMENTO DE MANOBRAS NO SISTEMA PARA OBEDECER ÀS NECESSIDADES OPERACIONAIS, OBEDECER ÀS NECESSIDADES OPERACIONAIS,
ENERGÉTICAS E DE SEGURANÇAENERGÉTICAS E DE SEGURANÇA
EMPREGOS DE NOVAS TECNOLOGIAS: EMPREGOS DE NOVAS TECNOLOGIAS:
POSSÍVEIS GERADORAS DE DISTÚRBIOS POSSÍVEIS GERADORAS DE DISTÚRBIOS
GERAÇÃO DISTRIBUIDA: TIPO DE CONEXÃOGERAÇÃO DISTRIBUIDA: TIPO DE CONEXÃO
CONVERSÃO CA/CC/CACONVERSÃO CA/CC/CA
EFEITO NOS TRANSFORMADORESEFEITO NOS TRANSFORMADORES
OPERAÇÃO PLANEJAMENTOOPERAÇÃO PLANEJAMENTO
ASPECTOS RELACIONADOS AO EQUIPAMENTOASPECTOS RELACIONADOS AO EQUIPAMENTO
• NÚMERO EXPRESSIVO DE TRANSFORMADORES COM NÚMERO EXPRESSIVO DE TRANSFORMADORES COM MAIS DE 20 DE ANOS EM OPERAÇÃO.MAIS DE 20 DE ANOS EM OPERAÇÃO.
• AMBIENTE COMPETITIVO: PROJETOS OTIMIZADOS AMBIENTE COMPETITIVO: PROJETOS OTIMIZADOS
• INFORMAÇÃO INSUFICIENTE SOBRE O AMBIENTE INFORMAÇÃO INSUFICIENTE SOBRE O AMBIENTE ELÉTRICO AO QUAL O TRANSFORMADOR ESTÁ ELÉTRICO AO QUAL O TRANSFORMADOR ESTÁ SUBMETIDO.SUBMETIDO.
• NECESSIDADE DE UMA MAIOR AVALIAÇÃO DO EFEITO NECESSIDADE DE UMA MAIOR AVALIAÇÃO DO EFEITO CUMULATIVO DAS SOLICITAÇÕES ELÉTRICAS NA CUMULATIVO DAS SOLICITAÇÕES ELÉTRICAS NA ISOLAÇÃO. ISOLAÇÃO.
Victor Sokolov
ZTZ-Service,Ukraine
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
Mais da metade das falhas estão relacionadas à suportabilidade da isolação , a problemas relacionados à fabricação e causas desconhecidas.
Transformer Reliability SurveyTransformer Reliability Survey WG A2.37WG A2.37 Transformer Reliability SurveyTransformer Reliability Survey WG A2.37WG A2.37
• Pesquisa sobre práticas internacionais relacionadas a confiabilidade de transformadores
• Resultados preliminares apontam para um número significativo de falhas com causa indeterminada.
Electrical Transient Interaction between
Transformers and the Power System
CIGRÉ JWG A2/C4.39
Análise de Transitórios
POWER TRANSFORMER
Universidade de Manchester
INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
LITERATURA
• Transformer Design and Optimization: A Literature Survey
IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 24, NO. 4, OCTOBER 2009
Necessidade de aprimoraramento dos
programas de transitórios quanto aos
modelos de transformadores
Número insignificante de trabalhos
sobre “Interação transformador/
sistema: análise de ocorrências
e especificações
EXPERIÊNCIA DAS EMPRESASEXPERIÊNCIA DAS EMPRESAS
CEMIG, CHESF, FURNAS, ELETRONORTE, CEMIG, CHESF, FURNAS, ELETRONORTE, ITAIPU, COPEL.ITAIPU, COPEL.
NATIONAL GRID, HEP (CROÁCIA)NATIONAL GRID, HEP (CROÁCIA)
GT INTERAÇÃO ELÉTRICA TRANSFORMADOR / SISTEMA DE POTÊNCIA
CHESFTRANSFORMADORES ELEVADORES 16-16-500kV-555MVA
UHE LUIZ GONZAGA
Serv Aux.
D43
D42
Sobradinho05C3
D53
D52
Sobradinho05C4
HT1 3x185MVA
16kV
525kV
D13
D12
D11
Argelim05L5
1G1 1G2
1D1 1D2
250MW16kV
X X
H
D23
D22
D21
PAfonso IV05C1
2G1 2G2
2D1 2D2
250MW16kV
T2
X X
H
D33
D32
D31
Olindina05S4
3G1 3G2
3D1 3D2
250MW16kV
Serv Aux.
T3
X X
Linha AéreaCurta (380....480m)
ST1 ST2 ST3
Seccionadorasdos Disjuntores
não representadas3a, fase C2a, fase B
1a, fase B
4a, fase B
EXEMPLOS DE FALHAS TRANSFORMADORES
WORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMAWORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMA
22 de Outubro de 200922 de Outubro de 2009
CEPEL – Rio de Janeiro - RJCEPEL – Rio de Janeiro - RJ
GT A2/C4-03GT A2/C4-03
128m
20m
Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF)Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF)
SE Campina Grande II 230kVSE Campina Grande II 230kV
WORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMAWORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMA
22 de Outubro de 200922 de Outubro de 2009
CEPEL – Rio de Janeiro - RJCEPEL – Rio de Janeiro - RJ
GT A2/C4-03GT A2/C4-03
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Tempo (us)
Ten
são
(p
u)
14T2 14D1210kHz
Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF)Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF)
SE Campina Grande II 230kVSE Campina Grande II 230kV
340kHz
WORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMAWORKSHOP SOBRE INTERAÇÃO TRANSFORMADOR – SISTEMA
22 de Outubro de 200922 de Outubro de 2009
CEPEL – Rio de Janeiro - RJCEPEL – Rio de Janeiro - RJ
GT A2/C4-03GT A2/C4-03
0,1
1,0
10,0
100,0
1000,0
10000 100000 1000000
Freqüência (Hz)
Fat
or
de
amp
lific
ação
(p
u)
Sem capacitor
Com capacitor 1,273uF
158kHz / 257pu
Fator de amplificação entre o 230kV e o terciário Fator de amplificação entre o 230kV e o terciário
SE Campina Grande II 230kVSE Campina Grande II 230kV
FURNAS Autotransformadores 765/345-20 kV – 500MVA
SE Tijuco Preto
• Histórico significativo de falhas desde a década de 90 . Seis unidades falhadas entre 2005 e 2008. • Fabricantes diferentes, bom histórico de manutenção, diversos tempos de operação.
• Causa das falhas ainda em investigação : Efeito dos transitórios de manobras na SE
EXEMPLOS DE FALHAS TRANSFORMADORES
CEMIG GTAutotransformadores T1, T2 500/345-13,8 kV
400 MVA
EXEMPLOS DE FALHAS TRANSFORMADORES
AUTOTRAFO T2• 07/02/1995, dois anos e meio em operação• Falha com explosão, deformação tanque, atuação proteções
AUTOTRAFO T1
• Falha em 31/01/1995 • Dois anos em operação • Atuação proteções diferenciais e relé de gás
CEMIG GTAutotransformadores T1, T2 500/345-13,8 kV
400 MVA
• Medições de resposta em frequência, simulações
digitais, avaliações em conjunto com o fabricante
responsável pela reforma
• Causa mais provável : Ressonância interna ao
Enrolamento? Manobra de chaves secionadoras?
EXEMPLOS DE FALHAS DE TRANSFORMADORES
1M3
1M4
1M5
1M6
2M3
2M4
2M5
2M6
3M3
3M4
3M5
3M6
4M3
4M6
5M3
5M4
5M6
6M3
6M4
6M5
6M6 7M6
9M3
9M4
9M5
9M6
1OM3
1OM4
1OM5
1OM6
1L5
1L6 2L6
BARRA-Nº-P-161kV
BARRA -Nº2-T-161kV
SERV.AUX.T13x50/50-16,66 MVA
BARRA-Nº1-P-138kV
BARRA-Nº2-T-138kV
T23x40/40-16,5 MVA
1K5
1K6
1K3
1K4
BARRA-Nº1-P-230kV-S1
BARRA-Nº2-T-230kV
GU
ILM
AN
A
MO
RIM
AC
ES
ITA
IPA
TIN
GA
2
CA
RA
TIN
GA
1
PO
RT
O
ES
TR
EL
A
ME
SQ
UIT
A -
LT
2
ME
SQ
UIT
A -
LT
1
US
IMIN
AS
8M3
8M4
8M5
8M6
2K5
2K6
2K3
2K4
IPA
TIN
GA
3
2M01M0 S2 BARRA-Nº1-P-230kV-S3
3K3
4K5
4K3
4K4
4K6
BARRA-Nº2-T-138kV
B-Nº3-138kV
T4225/225-75 MVA
T2
T4
2L3
2L4
2L5
7M3
7M4
7M5
T3
4KT2
Nº.:13,8 kV13,8 kV
IPATINGA 1
Enrolamento 13,8KV
SE Ipatinga 1
Autotransformador
230/161-13,8 kV
RESULTADO MANOBRA DE CHAVE
TRANSFERÊNCIA DO 230 kV PARA O 13,8kV
AUTOTRAFO T1
(file IPAT_SEC_TRAFO_REGNIÇAO_COM_RESIST.pl4; x-var t) v:T1_23A 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]
-500
-375
-250
-125
0
125
250
375
500
[kV]
SURTO DE ENTRADA
Vmax 2,5pu
Frequência 400 kHz a 1Mh
230kV - Terra
Ponto 8 - Terra Interno Enrolamento 13,8kV
Vmax 11,5pu Frequencias: centenas de kHz
FALHAS EM ANÁLISE ● Dois autotransformadores elevadores 345-13,8kV, da UHE Três Marias : Falhas da isolação dos primeiros discos da bobina de 345kV
● Autotransformadores 500/345 - 13,8kV e 500/230 -13,8kV, 400MVA
Problemas da isolação do núcleo, centelhamento terminais da bobina de alta.
EXEMPLOS DE FALHAS DE TRANSFORMADORESCEMIG GT
•
Curto circuito da terminação de saída do enrolamento para o grampo através do suporte de fixação.
Contato entre chapas de pacotes diferentes do núcleo devido à falha de isolação entre elas
SE JAGUARA SE OURO PRETO 2
SE OURO PRETO 2
UHE TUCURUÍ- 1a Etapa: CONEXÃO TRANSFORMADOR – SE BLINDADA
Conexão Transformador – GISConexão Transformador – GISGrupo de dois geradoresGrupo de dois geradores
Manobras de Secionadores em SF6
Transitórios de Alta-Freqûência
Provável causa da falha de um dos Transformadores elevadores 13,8-550 kV,
378 MVA, da 1a etapa da UHE Tucuruí
Restrição Operativa na SE Blindada Tucuruí 1a etapa.
Very Fast Transients – Cálculo com ATP
27
Unidade 4C – 04 de Dezembro de 2007
Unidade 1C – 28 de Novembro de 2007
Unidade 3C – 15 de Fevereiro de 2008
Histórico de falhas de Trafos 550 Histórico de falhas de Trafos 550 kVkV
COPELCOPEL
28
GBM – SF6 – 525 kV - GBM – SF6 – 525 kV - UNIFILARUNIFILAR
29
30
CONCLUSÃOCONCLUSÃO CAUSA FUNDAMENTAL
– FALHA POR SOLICITAÇÕES SUPERIORES À SUPORTABILIDADE
SUGESTÕES– CONTINUAR OS ESTUDOS (P&D –
modelagem e ensaios de campo para validar modelagem).
– REDUZIR AS MANOBRAS RECONHECIDAS E SUSPEITAS COMO FONTES DE TENSÕES TRANSITÓRIAS/RESSONANTES
– REAVALIAR A COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO DAS INSTALAÇÕES
Experiência ITAIPUExperiência ITAIPU
RESTRIÇÃO DE MANOBRAS DE SECIONADORAS
FALHAS DE DOIS TRANSFORMADORES ELEVADORES NÃO ESCLARECIDAS
( CURTO ENTRE ESPIRAS)
32
EXPERIÊNCIA INTERNACIONALEXPERIÊNCIA INTERNACIONALNATIONAL GRIDNATIONAL GRID
33
EXPERIÊNCIA INTERNACIONALEXPERIÊNCIA INTERNACIONALNATIONAL GRIDNATIONAL GRID
34
EXPERIÊNCIA INTERNACIONALEXPERIÊNCIA INTERNACIONALHEP (Croácia)HEP (Croácia)
Curto–circuito no barramento de 110kv
( Explosão bucha do disjuntor)
Queima dos pára-raios internos
do enrolamento terciário
Ref : Switching Surges in Transformer Provoked by Sequential Tripping of Circuit Breakers
I. Uglešić, I. Ivanković, V. Milardić IPST’07
CONCLUSÃO
Importância da Análise do Ambiente Elétrico
Ativos Novos Projeto da Isolação Otimizada
AMBIENTE ÉLETRICO
Ativos em operação Isolação possível degradação
Importância da Análise do Ambiente Elétrico
Ativos Novos Projeto da Isolação Otimizada
AMBIENTE ÉLETRICO
Ativos em operação Isolação possível degradação
CLIENTE FABRICANTES
Novos Projetos Análise de Falhas
CLIENTE FABRICANTES
Novos Projetos Análise de Falhas