Seleção de configuração de dispositivo de medição de usina hidrelétrica e sistema de gerenciamento de energia da usina

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Acrel Co. Ltda.

A NB/T 10861-2021 "Especificação de projeto para a configuração de dispositivos de medição em usinas hidrelétricas" fornece requisitos e orientações detalhados para a configuração de dispositivos de medição em usinas hidrelétricas. O dispositivo de medição é uma parte importante do monitoramento da operação da usina hidrelétrica. A medição da usina hidrelétrica é dividida principalmente em medição de grandezas elétricas e medição de grandezas não elétricas. A medição elétrica refere-se à medição de parâmetros elétricos em tempo real por meio de eletricidade, incluindo corrente, tensão, frequência, fator de potência, potência ativa/reativa, energia ativa/reativa, etc.; a medição não elétrica refere-se ao uso de transmissores para converter energia não elétrica. Mede sinais elétricos de 4-20 mA ou 0-5 V, incluindo temperatura, velocidade, pressão, nível de líquido, abertura, etc. Este ensaio discute apenas o dispositivo de medição e o sistema de gerenciamento de consumo de energia da usina hidrelétrica de acordo com a norma e não envolve a configuração de proteção do microcomputador da usina hidrelétrica.

1.Disposição Geral

1.0.1 Esta especificação foi formulada para padronizar o projeto de configuração de dispositivos de medição em usinas hidrelétricas, garantir a operação segura e estável de longo prazo das usinas hidrelétricas e melhorar os benefícios econômicos abrangentes gerais das usinas hidrelétricas.

1.0.2 Esta especificação é aplicável ao projeto de configuração de dispositivos de medição para usinas hidrelétricas novas, reconstruídas e expandidas.

1.0.3 O projeto de configuração de dispositivos de medição em usinas hidrelétricas deve adotar ativamente novas tecnologias e produtos que tenham passado pela avaliação.

1.0.4 A configuração e o projeto dos dispositivos de medição em usinas hidrelétricas devem atender aos requisitos do sistema elétrico quanto à quantidade de informações coletadas na usina e ao método de coleta de informações.

1.0.5 O projeto de configuração dos dispositivos de medição em usinas hidrelétricas não deve apenas estar em conformidade com este código, mas também atender às normas nacionais relevantes vigentes.

2.Terminologia

2.0.1 Medição elétrica

Medição de parâmetros elétricos em tempo real por meio de eletricidade.

2.0.2 Medição de energia

Medição de parâmetros de energia elétrica.

2.0.3 Medidor elétrico geral

Usinas hidrelétricas geralmente usam medidores de ponteiro, medidores digitais e assim por diante.

2.0.4 Medidor tipo ponteiro

De acordo com a relação entre o ponteiro e a escala para indicar o valor medido do medidor.

2.0.5 Medidor digital

No display é possível usar o digital para mostrar diretamente o valor medido pelo medidor.

Medidor de 2.0.6 Watt-hora

Um instrumento que mede dados de energia elétrica ativa e/ou reativa.

2.0.7 Dispositivo de amostragem CA inteligente

Amostragem de potência de frequência CA, diretamente para a unidade de processamento de dados para processamento para obter a tensão, corrente, potência ativa, potência reativa, fator de potência, frequência, potência ativa, potência reativa e outros parâmetros, e através da saída da interface de comunicação padrão do medidor inteligente multifuncional.

2.0.8 Transdutor

Pode ser medido pela conversão de corrente CC, tensão CC ou dispositivo de sinal digital.

2.0.9 Classe de precisão do instrumento de medição

Instrumentos de medição e/ou acessórios para atender a determinados requisitos de medição projetados para garantir que o erro permitido e a variação estejam extremamente dentro dos limites especificados do nível.

2.0.10 Componentes de automação

Componentes e/ou dispositivos para monitoramento de dados de condição, execução de ações em usinas hidrelétricas.

2.0.11 Medição não elétrica

Medição de temperatura, pressão, velocidade, deslocamento, fluxo, nível, vibração, pêndulo e outros parâmetros não elétricos em tempo real.

3.Medição elétrica e medição de potência

Os objetos de medição elétrica incluem motor de gerador/gerador hidrelétrico, transformador principal, linha, barramento, transformador de usina, sistema CC e assim por diante. A Figura 1 é um diagrama esquemático da fiação elétrica da usina hidrelétrica, mostrando a fiação elétrica do conjunto gerador hidrelétrico, transformador principal, linha e transformador de potência da usina.

Fig. 1 Diagrama esquemático da fiação elétrica de uma usina hidrelétrica

3.1 Medição elétrica e medição de energia elétrica de gerador/motor gerador hidrelétrico

3.1.2 O dispositivo de partida estático de frequência variável do motor do gerador deve medir os seguintes itens.

3.1.3 O hidrogerador/motor gerador deve medir a energia elétrica ativa e reativa. Um hidrogerador que possa ser operado em modulação de fase deve medir a potência ativa bidirecional; um hidrogerador que possa ser operado em fase avançada deve medir a potência reativa bidirecional; um motor gerador deve medir a potência ativa bidirecional e a potência reativa bidirecional.

3.1.4 Para hidrogeradores que podem ser operados em modulação de fase, a potência ativa em ambas as direções deve ser medida; para hidrogeradores que podem ser operados em avanço de fase, a potência em ambas as direções deve ser medida. Os motores dos geradores devem medir a potência ativa e a potência reativa em ambas as direções.

3.1.5 Ao medir o ângulo de potência ativa do sistema de potência, o ângulo de potência do gerador deve ser medido.

3.1.6 O lado de alta tensão do transformador de excitação deve medir a corrente trifásica, a potência ativa e a potência reativa.

A configuração de monitoramento do hidrogerador e do transformador de excitação é mostrada na Fig. 2, e a seleção do equipamento é mostrada na Fig. 1.

Fig. 2 Configuração de medição elétrica do hidrogerador

Tabela 1 Monitoramento da seleção do hidrogerador e do transformador de excitação

3.2 Medição elétrica e medição de energia elétrica do sistema de reforço e envio

3.2.1 Os principais itens de medição do transformador e de medição de potência devem atender aos seguintes requisitos:

1 Transformadores de enrolamento duplo devem medir a corrente trifásica, a potência ativa e a potência reativa no lado de alta tensão, e um lado do transformador deve medir a energia ativa e a energia reativa.

2 Transformadores de três enrolamentos ou autotransformadores devem medir a corrente trifásica, a potência ativa e a potência reativa em três lados, e devem medir a energia ativa e a energia reativa em três lados. O enrolamento comum do autotransformador deve medir a corrente trifásica.

3 Quando a unidade geradora estiver conectada como uma unidade, mas o gerador tiver um disjuntor, a tensão da linha lateral de baixa tensão e a tensão trifásica deverão ser medidas.

4 A potência ativa e a potência reativa devem ser medidas em ambos os lados do transformador de contato, e a energia ativa e a energia reativa devem ser medidas.

5 Quando for possível transmitir e receber energia, a potência ativa em ambas as direções deve ser medida e a energia ativa em ambas as direções deve ser medida; quando for possível operar em atraso de fase e avanço de fase, a potência reativa em ambas as direções deve ser medida e a energia reativa em ambas as direções deve ser medida.

Fig. 3 Configuração de medição elétrica do transformador principal em usina hidrelétrica

Tabela 2 Seleção do monitoramento do transformador principal

3.2.2 Os itens de medição de linha devem atender aos seguintes requisitos:

1 As linhas de 6,3 kV ~ 66 kV devem medir corrente monofásica e, quando as condições permitirem, corrente bifásica ou trifásica podem ser medidas.

2 linhas de 35 kV e 66 kV devem medir potência ativa, e linhas de 6,3 kV ~ 66 kV também podem medir potência ativa e potência reativa quando as condições permitirem.

3 Linhas de 110 kV e superiores devem medir corrente trifásica, potência ativa e potência reativa.

4 Linhas de 6,3 kV e superiores devem medir energia ativa e energia reativa.

5 Quando a linha provavelmente transmitirá e receberá energia, a potência ativa em ambas as direções deverá ser medida e a energia ativa em ambas as direções deverá ser medida.

6 Quando a linha pode operar com um atraso de fase ou um avanço de fase, a potência reativa em ambas as direções deve ser medida e a energia reativa em ambas as direções deve ser medida.

7 Quando exigido pelo sistema de energia, o ângulo de potência da linha deve ser medido para a linha da estação elevadora.

Fig. 4 Configuração de medição elétrica para linhas de usinas hidrelétricas

Tabela 3 Seleção de medição de linha

3.2.3 Os itens de medição de barramento devem atender aos seguintes requisitos:

1 Barras de barramento de tensão de gerador de 6,3 kV e acima e barras de barramento de 35 kV, 66 kV devem medir a tensão e a frequência do barramento e medir a tensão trifásica ao mesmo tempo.

2 Barramentos de 110 kV e superiores devem medir três tensões e frequências de linha.

3 Disjuntores de ligação de barramento de 6,3 kV e superiores, disjuntores de seção de barramento, disjuntores de ponte interna e disjuntores de ponte externa devem medir corrente CA, e de 110 kV e superiores devem medir corrente trifásica.

4 A corrente trifásica deve ser medida para cada circuito do disjuntor de fiação 3/2, fiação 4/3 e fiação de canto.

5 Disjuntores de bypass, disjuntores de conexão ou seção de barramento e bypass e disjuntores de ponte externa de 35 kV e acima devem medir a potência ativa e a potência reativa, e medir a energia ativa e a energia reativa. Quando for possível transmitir e receber energia, a potência ativa em ambas as direções deve ser medida e a energia ativa em ambas as direções deve ser medida; no caso de operação com atraso de fase e avanço de fase, a potência reativa em ambas as direções deve ser medida e a energia reativa em ambas as direções deve ser medida.

Fig. 5 Configuração de medição elétrica de barramento em usina hidrelétrica

Tabela 4 Seleção de medição de barramento

3.2.4 A corrente trifásica e a potência reativa devem ser medidas para grupos de reatores de derivação de 110 kV e acima, e a energia reativa deve ser medida. O circuito do reator de derivação de 6,3 kV ~ 66 kV deve medir a corrente CA.

Tabela 5 Seleção de medição do reator

3.3 Medição elétrica e medição de energia do sistema de energia da usina

3.3.1 A corrente CA, a potência ativa e a energia ativa devem ser medidas no lado de alta tensão do transformador de potência de fábrica. Quando o lado de alta tensão não apresentar as condições de medição, a medição pode ser feita no lado de baixa pressão.

3.3.2 A tensão CA deve ser medida para o barramento de trabalho da rede elétrica da fábrica. Quando o ponto neutro não estiver efetivamente aterrado,

Tensões de linha a linha e trifásicas; quando o neutro estiver efetivamente aterrado, três tensões de linha a linha devem ser medidas.

3.3.3 A corrente trifásica deve ser medida para linhas de alimentação elétrica na área da fábrica, e a energia ativa pode ser medida de acordo com as necessidades de medição de energia elétrica.

3.3.4 A corrente trifásica deve ser medida para transformadores de energia elétrica de 50 kVA e acima com cargas de iluminação.

3.3.5 A corrente monofásica deve ser medida pelo menos para o circuito do motor de 55kW e acima.

3.3.6 Quando o lado de baixa tensão do transformador de potência de fábrica for um sistema trifásico de quatro fios de 0,4 kV, a corrente trifásica deve ser medida.

3.3.7 O disjuntor de seção para alimentação de fábrica deve medir corrente monofásica.

3.3.8 Os geradores a diesel devem medir corrente trifásica, tensão trifásica, potência ativa e medir energia ativa.

Fig. 6 Configuração de medição elétrica do sistema de energia elétrica da usina hidrelétrica

Tabela 6 Seleção da configuração de medição elétrica para sistema de energia da planta

3.4 Medição elétrica do sistema de energia CC

3.4.1 O sistema de alimentação CC deve medir os seguintes itens:

1 Tensão de barramento de sistema CC sem dispositivo redutor.

2 Tensão de barramento de fechamento do sistema CC e tensão de barramento de controle com dispositivo redutor.

3 O dispositivo de carga emite tensão e corrente.

4 Tensão e corrente da bateria.

3.4.2 O circuito da bateria deve medir a corrente de carga flutuante.

3.4.3 Quando for utilizada uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula fixa, é aconselhável medir a tensão de uma única bateria ou de uma bateria montada por meio de inspeção.

3.4.4 O gabinete de distribuição CC deve medir a tensão do barramento.

3.4.5 O teste de isolamento do barramento CC deve estar em conformidade com as disposições relevantes da norma industrial atual "Código para Projeto de Sistema de Alimentação de CC em Usinas Hidrelétricas" NB/T 10606.

3.4.6 Quando o sistema de energia CC estiver equipado com um dispositivo de monitoramento de microcomputador, a medição de instrumentos convencionais só poderá medir a tensão do barramento CC e a tensão da bateria.

3.5 Medições elétricas do sistema de energia ininterrupta (UPS)

3.5.1 A UPS deve medir os seguintes itens:

1 Tensão de saída.

2 Frequência de saída.

3 Potência ou corrente de saída.

3.5.2 O gabinete de distribuição principal do UPS deve medir a corrente de entrada, a tensão do barramento e