Análise de desempenho de relés de proteção com hardware process bus

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Melo, Andre Felipe Silva lattes
Orientador(a): Dreyer, Uilian José lattes
Banca de defesa: Rambo, Marcos Vinicio Haas lattes, Dreyer, Uilian José lattes, Netto, Ulisses Chemin lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26300
Resumo: A busca por novas tecnologias para tornar os sistemas de automação de subestações (SAS) mais eficientes é contínua. A norma IEC 61850 têm garantido a melhoria contínua da gestão do sistema de potência em diferentes níveis. A parte 9-2 da norma define o perfil do protocolo Sampled Values (SV) e com ele surge a possibilidade da substituição do método de medição convencional, baseado em cabos de cobre, por uma rede Ethernet chamado de Process Bus (PB). A implementação do PB não depende apenas da mudança da instrumentação convencional do pátio, mas também da adaptação da arquitetura dos dispositivos eletrônicos inteligentes ao novo tipo de entrada de dados. Esta pesquisa tem como objetivo a investigação dos efeitos da implementação do PB sobre o desempenho dos relés de proteção, como, por exemplo, os efeitos sobre a amplitude, o espectro de frequência e defasamento angular dos sinais medidos. Foram apresentados, ainda, os aspectos que devem ser considerados durante o processo de engenharia e de projeto de soluções PB de acordo com o guia de aplicação IEC61850-9-2LE e a norma IEC61869-9. As investigações foram realizadas utilizando uma arquitetura de teste laboratorial composta por um relé convencional de distância e dois relés PB do mesmo modelo. Quanto à sincronização de tempo, os dispositivos foram sincronizados via protocolo IEEE1588 (PTP) para garantir a precisão do tempo necessária. Os estudos de caso realizados incluem a simulação de uma linha de transmissão, sob condição de falta no software ATPDraw, dados coletos em campo, como, a curva de inrush de um transformador de média tensão e os tempos de atuação de uma proteção de distância. A principal contribuição desta pesquisa é, apresentar o efeito de reamostragem do sinal SV, que não é considerado pelas normas de PB, os relés PB apresentam um sinal de entrada deslocado em comparação ao relé convencional o que impacta nas análises e detecção de falhas, principalmente em sistemas mistos. O tempo final de atuação da proteção é aumentado em aproximadamente 9 ms devido ao atraso da rede e o metodo de processamento do relé de PB. Esse atraso precisa ser considerado nos estudos de proteção antes da implementação. Caso contrário, pode resultar em um impacto significativo na coordenação, seletividade e ciclo de vida dos ativos.
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spelling 2021-11-08T13:57:51Z2021-11-08T13:57:51Z2021-10-04MELO, Andre Felipe Silva. Análise de desempenho de relés de proteção com hardware Process Bus. 2021. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26300A busca por novas tecnologias para tornar os sistemas de automação de subestações (SAS) mais eficientes é contínua. A norma IEC 61850 têm garantido a melhoria contínua da gestão do sistema de potência em diferentes níveis. A parte 9-2 da norma define o perfil do protocolo Sampled Values (SV) e com ele surge a possibilidade da substituição do método de medição convencional, baseado em cabos de cobre, por uma rede Ethernet chamado de Process Bus (PB). A implementação do PB não depende apenas da mudança da instrumentação convencional do pátio, mas também da adaptação da arquitetura dos dispositivos eletrônicos inteligentes ao novo tipo de entrada de dados. Esta pesquisa tem como objetivo a investigação dos efeitos da implementação do PB sobre o desempenho dos relés de proteção, como, por exemplo, os efeitos sobre a amplitude, o espectro de frequência e defasamento angular dos sinais medidos. Foram apresentados, ainda, os aspectos que devem ser considerados durante o processo de engenharia e de projeto de soluções PB de acordo com o guia de aplicação IEC61850-9-2LE e a norma IEC61869-9. As investigações foram realizadas utilizando uma arquitetura de teste laboratorial composta por um relé convencional de distância e dois relés PB do mesmo modelo. Quanto à sincronização de tempo, os dispositivos foram sincronizados via protocolo IEEE1588 (PTP) para garantir a precisão do tempo necessária. Os estudos de caso realizados incluem a simulação de uma linha de transmissão, sob condição de falta no software ATPDraw, dados coletos em campo, como, a curva de inrush de um transformador de média tensão e os tempos de atuação de uma proteção de distância. A principal contribuição desta pesquisa é, apresentar o efeito de reamostragem do sinal SV, que não é considerado pelas normas de PB, os relés PB apresentam um sinal de entrada deslocado em comparação ao relé convencional o que impacta nas análises e detecção de falhas, principalmente em sistemas mistos. O tempo final de atuação da proteção é aumentado em aproximadamente 9 ms devido ao atraso da rede e o metodo de processamento do relé de PB. Esse atraso precisa ser considerado nos estudos de proteção antes da implementação. Caso contrário, pode resultar em um impacto significativo na coordenação, seletividade e ciclo de vida dos ativos.The pursuit for new technologies to make the substation automation systems (SAS) more efficient is continuous. The IEC 61850 standards have ensured the continuous improvement of the power system management at different levels, the part 9-2 of the standard defines the sampled values protocol’s profile and joint with it the possibility of the replacement of the conventional measurement method by an ethernet-based system called process bus. The implementation of the process bus relies not only on changing the conventional switchyard instrumentation but the adaptation of the intelligent electronic device’s architecture to the new kind of data input. This research focuses on the investigation of the effects of the PB implementation over the protection relays performance such as increasing trip time, measurement, and possible phase shift. This research presents aspects that must be considered through the engineering process and design, considering when using PB according to IEC61850- 9-2LE and IEC61869-9. The investigations were performed using a test architecture composed of a distance conventional relay and two PB relays of the same model, regarding time synchronization, the devices were synchronized via IEEE1588 (PTP) protocol to guarantee the time accuracy needed. The carried-out study cases include simulation of a transmission line under fault using the ATPDraw software, data collected in the field, such as the inrush curve of a medium voltage transformer and the trip times of a line distance protection. The two PB relays presented similar results during the tests. This work has as major contributions, to present the resampling effect of the SV signal that is not considered by the PB standards, the PB relays present a time shift in the input signal compared to the conventional relay, which impacts analysis and failure detection, especially in mixed systems. The final trip time is increased by approximately 9 ms due to network delay, this delay needs to be considered in protection studies before implementation. Otherwise, it can result in a significant impact on the coordination, selectivity, and lifecycle of assets.porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaPrograma de Pós-Graduação em Sistemas de EnergiaUTFPRBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia ElétricaSistemas de energia elétrica - AutomaçãoRedes elétricas inteligentesRelés de proteçãoEthernet (Redes locais de computadores)Electric power systems - AutomationSmart power gridsProtective relaysEthernet (Local area network system)Análise de desempenho de relés de proteção com hardware process busPerformance analysis of protection relays with hardware process businfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisCuritibaDreyer, Uilian Joséhttps://orcid.org/0000-0001-9720-4410http://lattes.cnpq.br/6015434912116988Silva, Jean Carlos Cardozo dahttps://orcid.org/0000-0003-2310-9159http://lattes.cnpq.br/9949032159595994Rambo, Marcos Vinicio Haashttps://orcid.org/ 0000-0002-1768-511Xhttp://lattes.cnpq.br/1121386710402716Dreyer, Uilian Joséhttps://orcid.org/0000-0001-9720-4410http://lattes.cnpq.br/6015434912116988Netto, Ulisses Cheminhttps://orcid.org/0000-0002-9274-188Xhttp://lattes.cnpq.br/5250206412631124https://orcid.org/0000-0003-2990-476Xhttp://lattes.cnpq.br/6489205250099049Melo, Andre Felipe Silvareponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81290http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26300/3/license.txtb9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95bMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26300/2/license_rdf4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347MD52ORIGINALrelesprotecaoprocessbus.pdfapplication/pdf3448334http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26300/1/relesprotecaoprocessbus.pdf6fca6d16484f48cae04f38edfcfcaa39MD51TEXTrelesprotecaoprocessbus.pdf.txtrelesprotecaoprocessbus.pdf.txtExtracted texttext/plain125390http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26300/4/relesprotecaoprocessbus.pdf.txt3d04128de0f9d9d6f323423ffe82ab6bMD54THUMBNAILrelesprotecaoprocessbus.pdf.jpgrelesprotecaoprocessbus.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1219http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/26300/5/relesprotecaoprocessbus.pdf.jpg966368b953cd307ccdaf10e49b185215MD551/263002021-12-16 18:36:01.05oai:repositorio.utfpr.edu.br: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ório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2021-12-16T20:36:01Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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