Equipamento modular para o controlo

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Equipamento modular para o controlo

automático de pequenos aproveitamentos

hidroeléctricos

re umo

o equipamento usado para automatização de pequenos aproveitamen-•

tos hidroeléctricos, deve ser simples, seguro e nor ..

malizado tanto quanto possível. Este artigo des- creve a aplicação de um microcomputador e de um conjunto de equipamento modular para a automatização de pequenos aproveitamentos hi-

droeléctricos de fio de agua...

o uso de equipamento normalizado na construção de pequenos aproveitamentos hidroeléctricos é muito vantajoso sob o ponto de vista técnico e económico. Nos ú1timos anos tem-se feito um es- forço para o fabrico de turbinas e geradores normalizados. Contudo.

as pesquisas têm-se centrado no desenvolvimento de um sistema normalizado para automatização e controlo das pequenas centrais hldroeléctricas. Este equipamento deve ser simples seguro e fácil de aplicar para os diferentes tipos de aproveitamento.

Em Espanha, a Hidroeléctrica Espanhola tem desenvolvido uma série de equipamento modular com vista a satisfação dos requesitos referidos. O sistema citado baseia-se num microcomputador com con-

trolo automático por grupo (turbina-gerador) .

Outros equipamentos são incluí- dos no sistema de automatização, tais como: quadros das fontes auxiliares de c.a. e ^C.C.; protecção do

HIDROELECTRICIDADE

António do Carmo Pereira Pinto

Eng. Elect. (I.S.T.)

Electricidade de Portugal EDP

gerador: quadros de protecção de linha e do transformador de po- t{:ncia; painéis de equipamento;

detectores e sistema periférico do grupo turbina-gerador.

O microcomputador desenvolvido pela Hidroeléctrica Espanhola foi adaptado à automatização de três pequenos aproveitamentos hi- droeléct ricos de fio de água com 1 ou 2 grupos por central com controlo remoto.

As características do Equipa- mento Electromecânico são:

• turbina kaplan de eixo verti- cal com distribuidor fixo e pás da roda móveis;

• gerador de indução e multiplicador de velocidade;

• uma comporta de admissão;

• um transformador de potên- cia e uma bateria de conden-

sadores.

As figuras 1 e 2 representam.

respectivamente, um corte transver- sal do grupo e o esquema unifilar

summary

T he equipment used [or lhe a u tom a ^I i o n 01 small hydro power plants must be sim ple, reliable and as standordized as possible. This article des- cribes lhe application 01 a microcomputer and an

assembly 01 modular equipment for the auto- matic controlai small

run-oj-river plants.

de um dos três aprovei tamentos referidos da Hidroeléctrica Espa- nhola.

Características

do microcomputador

O microcomputador é constituí- do essencialmente por 3 blocos:

• Bloco da Fonte de Alimenta- çao-

Neste bloco a tensão da corrente contínua da bateria.

por exemplo de ]25 V c.c., é transformado em tensões adaptáveis a alimentação de detectores. CPU, monitor e Impressora.•

• Unidade Central de Processa- mento (CPU)

Este bloco controla o grupo turbina-gerador, processa a

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Fig. 1 - Secção transv ersal do grupo

informação para depois a apre- sentar no monitor e na impressora e inclui um quadro para con trolo do grupo.

centralizar todas as ligações que faz com os seus periféricos.

O hardware principal do microcomputador tem sido adaptado às condições de operação existentes na Central. Aquelas condições são diferentes das aplicações convencionais. Assim os quesitos considera- dos sao:

• Monitor e Impressora

Estes periféricos dão toda a informaçao do estado do grupo

turbina-gerador.

• Nível de isolamento Adicionalmente, o microcompu-

tador é provido das seguintes unidades de processamento e controlo dos sinais de entrada e saída:

O microcomputador deve ser capaz de suportar sobre-

tensões durante o seu funcio- namento, Deve ser conside- rado o seguinte isolamento:

1 kV, 1 minuto, 50 Hz para ensaio de isolamento à tensão

industrial e 5 k V para ensaio à onda de choque de acordo com a publicação da CEI 255-5.

• MuItiplexor

Esta unidade faz a amos- tragem periódica dos sinais e a sua agulhagem para as unidades de informação que o operador pretender.

• Relés auxiliares para comando de saída

• Fonte de tensão

Estes relés asseguram o isolamento galvânico nas saídas e fazem operar o disjuntor,

bombas e válvulas solen6ides.

O microcomputador deve ser capaz de operar com exac- tidão quando a fonte de tensão varia + ¹⁰⁰⁽⁰ ^- ¹⁵ ^0'0 ^{do va-}

lor nominal. Deve ainda operar corn exactidão quando a fonte de alimentação é inter- rompida durante um curto

o microcomputador é adaptado a uma mesa usada também para

ELECTRICIDADE - N, 272 - NO\ E.\fBRO 1990

intervalo de tempo. Este intervalo de tempo é cerca de 35 rns para um dos aproveitamentos referidos da Hidroe- léctrica Espanhola,

Se a tensão for interrom- pida durante muito tempo, algumas precauções devem ser tomadas para assegurar o

disparo do disjuntor e o fecho da comporta, Assim, todo o

equipamento de controlo tem sido feito de tal 1110do que quando a tensão da fonte de energia desaparece, o disjuntor dispara, a comporta fecha, as bombas param, etc

Linha 20 kV

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Fig. 2 - Esquema de princípio, Insta- laçâo de duas unidades por central. A central está ligada a uma rede de ?o ^kV

t - Transformador de serviços auxilio- res

2 - Serviços auxiliares 3 - Disjuntor

~ - Transformador de potência 5 - Bateria de condensadores 6 - Geradores assíncronos

371

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• Perturbações de alta frequên- ela•

Tensões transitórias de curta duração geradas por qualquer modificaçao rápida da rede não devem 'Ínfluenciar as operações do microcomputador de acordo com a publi- cação 255-4 da CEI. As entradas e as saídas são classifica- das em classe I I, no caso de serem digitais e da classe I I I para as restantes entradas e saídas.

Para entradas analógicas são adaptados alguns filtros.

• Protecção

o microcomputador deve ser protegido contra qualquer curto circuito e contra

\ ersão de polaridade.

a m-.

Auto-teste e diagnóstico do micro- computador

o ^grupo turbina-gerador dev e parar a qualquer acontecimento de falha do microcomputador. Esta segurança intrínseca é efectuada por um watchdog. Por outro lado, o software deve ser fácil e adaptado para diferentes tipos de aproveitamentos. quer sejam equipados com geradores síncronos ou com geradores de indução, com ou sem bateria de condensadores, e para diversos tipos de lubrificaçao das chumaceiras.

Funções executadas pelo microcom- putador

o ^computador ^controla ^{o con-}

junto turbina-gerador. Nenhum outro equipamento convencional ou relé é fornecido que possa controlar o grupo se o microcomputador falhar. O controlo inclui:

• Sequênoias desenvolvidas do arranque e paragem.

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• Comando e controlo automá- tico de todo o sistema do grupo (funções de regulação, sistemas de lubrificação das chumaceiras, sistema de ventila- ção, etc.).

• Protecções da turbina c gerador. incluindo as funções de disparo dos próprios relés.

• A compilação, processamento e imagem de toda a informa- ção do grupo.

As funções referidas são porme- norizadas a seguir.

Sequências do arranque e paragem

Quando o microcomputador recebe o comando de arranque do grupo. automaticamente dá um conveniente comando às várias par- tes do Equipamento e executa as ordens necessárias até o gerador ser ligado à rede. O grupo pode arran- car localmente.

Do mesmo modo o microcomputador pára o grupo se recebe um comando local ou remoto.

Complementarmente o microcorn- pu tador pode ser parado se o nível

da água for demasiado baixo ou se houver defeito na rede ou no grupo.

Sistemas de comando e controlo automático do gerador

O esquema de princfpio está re- presentado na figura 3. O microcomputador executa todas as fun- ções de regulação e controlo indi- cadas a seguir.

Nível de regulação

Quando é seleccionado este modo de operação o microcomputador põe as pás da roda, o distribuidor ou a comporta em determinada

posição, de acordo com o caudal

c conserva o nível da água para aquele ponto.

O detector de nível colocado no canal dá a informação de nível ao microcomputador. O ciclo de regulação é bastante longo para ser sensível a oscilacões._J

Valor da potência

Quando esta grandeza for selec- cionada o microcomputador con-

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serva em posiçao estacionarra a po- sição das pás, o distribuidor ou a posição da comporta, conforme os casos relativamente aquele pon- to de equilíbrio. Este valor pode ser introduzido por comando local ou remoto. Este modo de operação é seleccionado quando existe mais de uma unidade na mesma central.

Sistema de manobra da comporta

No sistema da figura 3, em que há uma turbina kaplan com pás móveis, a comporta não é usada para regulação.

Neste caso ela deve estar inteira- mente aberta quando o grupo está a rodar e estar fechada quando houver algum disparo.

O microcomputador controla a comporta em tempo real. Se quando o grupo rodar a comporta de-

cair, o microcomputador dá ordem ao sistema de levantamento. Quan- do a comporta reabrir o microcomputador pára com o sistema de levantamento. Se a comporta decair

e o sistema de levantamento da mesma falhar. o microcomputador ordena a paragem do grupo.

Sistema de pressurização de óleo O sistema de pressurização do óleo da figura 3 providencia a

pressão de comando do servomotor ra roda, do servomotor da comporta e dos macacos de frenagem.

O microcomputador comanda as bombas e válvulas correspondentes.

ELECTRICID.4DE - N." 272 - NOVEMBRO 1990

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Fig. 3 - Esquema de princípio e sistema de controlo

Linha a traço-traço: comandos dados pelo computador

Linha a traço-ponto: sinais enviados pelos detectores para o computador

1 - Detector de nível

2 - Detector de posição da comporta de admissão

3 - Válvulas solenoides para comando da comporta

4 - Válvulas solenoides e servomotores para comando das pás da roda

5 - Termostatos e relés de pressão 6 - Termostatos e relés de pressão

Arrefecimento do óleo

Se a temperatura do óleo for demasiado alta o microcomputador arranca com o sistema de arrefecimento. Se a temperatura for demasiado baixa o microcomputador liga as resistências de aquecimento que estão dentro do tanque de óleo.

Lubrificação das chumaceiras

A lubrificação das chumaceiras é feita com uma bomba que é con-

trolada pelo microcomputador de acordo com a velocidade do grupo.

7 - Detector de precisão das pás da roda

8 - Detectores de temperatura e de circulação de óleo

9 - Freio

10-Detector de temperatura do gerador 11 - Detector de velocidade do gerador 12 - Relés de pressao

13 - Relés de protecção electrica

Interligação com a unidade remota

Uma rede de transmissão de sinais é fornecida para a instalação da unidade remota.

O microcomputador recebe da unidade remota os sinais que pre- cisa para o controlo da instalação.

Do mesmo modo o microcomputador aceita comandos da unidade remota.

Protecção da turbina e gerador

O microcomputador protege o grupo de acordo com os sinais que

recebe dos diferentes detectores:

transdutores de pressão, termo ^U)- tos, detector de velocidade. detector de nível ou posição da comporta, etc.

Complementarmente são usados relés convencionais de protecção para salvaguardar o gerador. r sro é para evitar alguma redução da capacidade de processo do microcomputador. c tambem por razões de segurança para detectar ra pida- mente algum defeito eléctrico que o microcomputador não tenha de- tectado.

Quando ocorre um defeito o microcomputador recebe o sinal do relé ou detector correspondente.

ELf.CTRICIDADE -1\'." 272 - NO\lEJ\lBRO 1990 373

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Assinatura anual (11 números) em 1991

Envie cheque ou vale de correio dirigido a

EDEL, Lda., Rua Dona Estefânia, 48 - 3.0 ^{Esq. -1000} ^Lisboa

Então envia a ordem de disparo ao disjuntor e pára o grupo de

acordo com a sequência de arranque e pa ragern.

Medidas

o microcomputador recebe, dos terminais dos transformadores de medida. os sinais do valor da corrente e da tensão. O microcomputador processa aqueles sinais e ^1110S- tra em imagern os \ alores da corrente, tensão potência de saída e factor de potência.

Informações

O microcomputador dá informa- ção de dois modos acerca do grupo gerador: imagens no monitor e es- crita na impressora.

A impressora imprime cronolo- gicamente todos os alarmes, para- gens, arranques e disparos do grupo. Quando o papel da impressora termina a informacão_J é mernori- zada em rnernóri as com alimenta-

ção independente (tipo RAM).

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o ^monitor ^contém ^{10 páginas}

com a informação de alarmes, estado do grupo gerador incluindo as temperaturas das churnacciras. detector de velocidade, nível da água, posição da comporta, etc.. medidas de tensão, corrente, potência e factor de potência do gerador; e valo- res de posição dos parâmetros de operaçao.-

'Outras funções

No caso do gerador síncrono, o microcomputador pode ser usado

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para a smcroruzaçao automanca corn a rede.

Após a sincronização o computador pode controlar a tensão do gerador.

Detectores, equipamentos de interface e outros

sistemas

As características requeridas para os detectores e sistemas auxiliares incluídas na automatização do sistema para pequenos aproveitamentos são:

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• Precisão.

• Imunidade.

• Baixa sensibilidade aos níveis de mistura, vibração e per-

turbação de alta frequência nas centrais hidroeléctricas.

• Adaptação para trabalhar em associação com o microcomputador (neste caso evita-se o equipamento de interface).

• Baixa manutencão._.

Conclusões

Os sistemas controlados por um sistema modular desenvolvido para pequenos aproveitamentos hidro- eléctricos inclui: comportas ^t turbinas com pás móveis: geradores de indução; multiplicador de velocidade; sistemas de turbina e gerador (lubrificação, regulação, ventilação, etc.): disjuntores, transformadores de potência: fontes auxiliares (d.c.

c a.c.) e bateria de condensadores.

Os projectistas têm tentado de- senvolver o sistema adequado para fácil aplicação nas pequenas centrais hidroeléctricas. •

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