A história de modernização da PNM | Schweitzer Engineering Laboratories
A tecnologia impulsiona a transmissora para uma nova era de proteção da energia elétrica
A história de modernização da PNM
No segundo dia de testes, ele soube. Henry Moradi não tinha visto apenas uma solução para o seu sistema de potência, mas também havia vislumbrado o futuro da proteção da energia elétrica – o relé de proteção de linhas de transmissão no domínio do tempo SEL-T400L. Em 7 de maio de 2018, a PNM se tornou a primeira transmissora de energia no mundo a usar relés SEL-T400L com a tecnologia no domínio do tempo no disparo de disjuntores—um passo significativo para a próxima fase da proteção da energia elétrica.
Moradi trabalha na Public Service Company of New Mexico (PNM) como Gerente de Engenharia de Sistema. Ele e sua equipe iniciaram uma grande melhoria no sistema de proteção na rede elétrica da PNM, e uma das primeiras linhas de transmissão do projeto já apresentou um desafio.
Era uma linha de transmissão de 345 kV com compensação série que conectava a área norte do Novo México à área metropolitana de Albuquerque. A PNM estava construindo uma interconexão nessa linha para outro cliente de transmissão. No entanto, a maneira como foi preciso seccionar a linha de transmissão causou uma sobrecompensação da primeira parte da linha de aproximadamente 150%. Esse novo trecho se tornou altamente capacitivo, o que acarretou uma coordenação imprópria e dificuldades para a proteção convencional.
Relés diferenciais de linhas de transmissão poderiam ser aplicados na resolução do problema, porém a perda de comunicação levaria a disponibilidade apenas dos elementos de distâncias baseados em fasores. Estes elementos baseados em fasores não eram suficientes neste caso para garantir uma coordenação adequada e rápida atuação do sistema de proteção.
No entanto, a PNM tinha ouvido a respeito de um novo relé de proteção não tradicional desenvolvido pela Schweitzer Engineering Laboratories (SEL).
Em 12 de março de 2018, Moradi e sua equipe chegaram à sede da SEL em Pullman, Washington, para um teste de aceitação de fábrica de uma semana usando o SEL-T400L. Esses testes usaram uma simulação digital em tempo real (RTDS) para representar réplicas do sistema de potência da transmissora, possibilitando que os engenheiros testassem qualquer cenário operacional real com qualquer número de variáveis antes do comissionamento.
Em vez de operar em medições fasoriais, o novo relé opera no domínio do tempo, usando quantidades incrementais e princípios de ondas viajantes. Ele é o primeiro e único relé desse tipo no mundo todo. Apesar de existir mais de 70 relés do tipo instalados no mundo, nenhuma empresa havia usado um para disparo do disjuntor.
A Public Service Company of New Mexico (PNM) é a maior distribuidora de eletricidade do estado, abastecendo mais de 500.000 residentes e clientes comerciais do Novo México. A empresa mantém seu compromisso com a preservação do meio ambiente enquanto estabelece melhorias de tecnologia em todo o sistema que farão a diferença para gerações futuras.
"Originalmente, falávamos sobre a utilização de relés, mas apenas no modo de monitoramento", disse Moradi. "Então fizemos a simulação."
Moradi ligou para seu chefe, Alwyn Vanderwalt, Diretor de Engenharia de Transmissão e Distribuição na PNM, e descreveu os resultados do teste. O SEL-T400L era tão rápido que nem se notava a sobrecompensação. Não era mais um problema.
"Quando fizemos a simulação, percebemos que o relé havia sido projetado especialmente para segurança", disse Moradi. "Vimos que ele cobre as lacunas da proteção tradicional e não falha. Para nós, implementar essa tecnologia inovadora foi uma escolha lógica para tratar das necessidades do nosso sistema."
Vanderwalt acrescentou que "aprovar o uso de relés para disparo dos disjuntores e proteção da linha de transmissão foi uma decisão fácil".
"Estou na área há algum tempo, e essa é a primeira vez desde o relé digital que vejo uma grande mudança na funcionalidade dos relés."
Vice-Presidente de Operações no Novo México, PNM
Não existem esquemas de proteção iguais
A decisão da PNM de usar o SEL-T400L aborda uma questão mais profunda de toda a indústria: a necessidade de modernização da rede.
"A maioria dos desafios do setor elétrico hoje em dia está relacionada exatamente ao que abordamos nesse projeto", disse Todd Fridley, vice-presidente de operações da PNM no Novo México, "que é tentar encontrar uma maneira de implementar tecnologias mais efetivas e inteligentes para melhorar nossa infraestrutura para manter níveis muito altos de confiabilidade no sistema elétrico e serviço aos nossos clientes".
Em sua essência, toda concessionária é motivada pelo dever de servir. As pessoas querem estar conectadas, querem ter eletricidade sem precisar pensar nisso conscientemente, querem uma tarifa baixa e querem que as luzes continuem acesas.
O dever de fornecer esse tipo de serviço constante, 24 horas por dia e 7 dias por semana, recai sobre as concessionárias de energia elétrica. Elas devem manter, proteger e operar seus sistemas de potência todos os dias e noites e, frequentemente, com equipamentos ultrapassados, inúmeros esquemas de proteção e continuamente mudar os padrões da indústria.
"Temos que nos manter focados e estratégicos a respeito de como reinvestimos na modernização de nossa rede elétrica, e temos que pensar sobre como esses tipos de novas tecnologias se integrarão aos nossos objetivos a curto e longo prazo para manter o alto nível do serviço ao cliente", explicou Fridley. "Isso é algo que as concessionárias de energia devem considerar na medida em que desempenhamos nossa missão de atender as necessidades futuras dos nossos clientes de energia."
Para Moradi, Vanderwalt e Fridley, essa situação apresenta mais incentivo do que dificuldade. Algo que eles têm em comum é uma propensão à tecnologia e ação decisiva. Quando analisaram o sistema de potência da PNM pela perspectiva de longo prazo, reconheceram a necessidade de modernização.
"Nas últimas décadas houve pouco esforço para providenciar projetos de proteção padronizados no sistema de transmissão da PNM", disse Vanderwalt. "Não existem esquemas de proteção iguais, e isso resultou em esquemas complexos em termos de manutenção e operação."
Subestação Cabezon, o local onde os primeiros relés SEL-T400L foram instalados.
Essa é uma armadilha fácil de se cair. Com o passar do tempo, os engenheiros trabalhando em diferentes períodos constroem e desenvolvem novos esquemas de proteção e implementam novos relés. Na medida em que a equipe se altera, cada esquema se modifica um pouco, com um ajuste adicionado aqui e outro ali.
A responsabilidade recai sobre os engenheiros e técnicos de proteção do sistema elétrico, que mantêm esses esquemas e relés de proteção. Sem padronização, eles devem compreender e se familiarizar novamente com cada esquema, configuração, lógica de disparo e definição de configurações. Além disso, várias concessionárias, incluindo a PNM, ainda têm uma alta porcentagem de relés eletromecânicos em operação.
"Para mim, os relés eletromecânicos , com sua idade relativa e a limitação das informações pós-falta que recebemos, fortalecem o argumento em favor da transição rápida para relés de proteção mais modernos e precisos", disse Vanderwalt. "Se houver uma interrupção relacionada aos relés eletromecânicos , será muito mais difícil realizar as análises de falta adequadas e solucionarmos problemas."
Ele explicou que alguns desligamentos no sistema de transmissão eram piores do que o necessário devido a erros de aplicação de relé e falta de funcionalidade adequada.
"Apenas uma dessas interrupções de transmissão de energia pode afetar milhares de clientes", disse Vanderwalt. "Isso deixou claro para mim que não poderíamos continuar dessa maneira. Decidimos que precisávamos de uma abordagem mais ampla e holística para melhorar nossos sistemas de proteção."
Não queremos fazer 'apenas o suficiente'
"Essa transição garantirá que nós ofereceremos um projeto consistente e esquemas melhorados para nossos engenheiros e técnicos, para que possam gerenciar melhor nossos sistemas de proteção", disse Moradi.
Esse projeto incluiu não apenas os relés de proteção, mas também esquemas, modelos, o processo de documentação, cálculos de ajustes e hardware de proteção.
"Nós reduziremos as falhas em operações e interrupções, mas, quando tivermos um desligamento, nossas equipes terão uma lógica melhorada para identificar e localizar a causa da interrupção com precisão", disse Moradi. "Eles também já sabem como o projeto deve funcionar, conhecem a lógica, podem realizar análises de faltas mais precisas, e nós reduziremos o número de horas de manutenção e reduziremos custos para nossos clientes."
Os representantes da SEL se juntaram à equipe da PNM na subestação para analisar os SEL-T400L recentemente instalados e relés SEL-411L.
1/10 - Os representantes da SEL se juntaram à equipe da PNM na subestação para analisar os SEL-T400L recentemente instalados e relés SEL-411L.
Melhorias na infraestrutura são um grande desafio, sem mencionar a dimensão do investimento. Para alguns, podem até parecer banais. Mas, para a PNM, essas melhorias e projetos injetaram vida nova e energia na empresa, especialmente no departamento de transmissão e distribuição. É um sentimento animador e se espalha rápido.
"Nosso segmento às vezes tem a tendência de apenas aguardar e torcer para que nada de ruim aconteça", disse Fridley. "O que deveríamos fazer é analisar as necessidades do nosso futuro e garantir que nossos investimentos serão estratégicos e direcionados à prestação do tipo de serviço que nossos clientes querem e merecem. Estamos mudando a maneira como o setor se posiciona, e não deveríamos nos desencorajar diante de dificuldades ou do fato de que precisaremos de concentração e um pouco de investimento."
Apesar de um sistema de potência não ser constituído por um relé, não há melhor representação da mentalidade progressiva da PNM do que o SEL-T400L.
"Não queríamos padronizar algo que simplesmente é 'suficiente", disse Moradi. "Decidimos que, se íamos dedicar o tempo e o esforço para instaurar um padrão, iríamos implementar os esquemas de proteção mais robustos e modernos e padronizaríamos esse modelo em nosso projeto atual."
Há algo de genial na simplicidade
Originalmente, a PNM queria adotar a mesma abordagem vista em outras concessionárias que adquiriram o SEL-T400L. Queriam usá-lo—parecia uma ótima ideia—mas apenas no modo de monitoramento, o que significa que ele não seria usado na eliminação de faltas.
Essa é uma rota segura. A preocupação de muitas concessinárias é a velocidade de operação do relé—elas se preocupam que ele não operará com segurança, ou seja, que ele dispararia devido a uma falta de fora da área, o que seria desnecessário. Além dessa preocupação, existe um desinteresse geral com a velocidade de desarme. Muitos não vêem benefícios no disparo de um relé em alguns milissegundos.
Se o sistema de potência seguirá dependendo da abertura do disjuntor de qualquer maneira, a velocidade importa mesmo? Para a PNM, a resposta simples é "sim".
"A tecnologia aplicada aqui é simplesmente impressionante no que diz respeito ao tempo de eliminação de faltas", disse Fridley. "E não é apenas um pequeno ganho de velocidade, são múltiplos ganhos de velocidade. Se realmente nos focarmos nas causas das falhas dos equipamentos e no desgaste com o passar do tempo, veremos que, a principal causa das falhas está no período de tempo em que as correntes de faltas permanecem no sistema elétrico. Períodos de eliminação mais curtos e menos correntes de falta representam diretamente menor desgaste de equipamentos com o passar do tempo, ciclo de vida estendido e, em última instância, custos menores com investimentos e manutenção."
No entanto, novas tecnologias podem ter um lado negativo. É como um jogo exaustivo de tentar se adequar a algo novo sendo lançado a cada dia ou semana e que facilitará sua vida ou fará algo melhor.
Mas, ocasionalmente, temos o lançamento de algo que cativa o setor e causa uma mudança ou adaptação de comportamento. Muito desse aspecto de análise e decisão pela mudança é um resultado do processo. É esse o lugar onde o SEL-T400L se encontra no setor de energia elétrica.
"Quando vejo o SEL-T400L, é isso que vejo—há algo de genial na simplicidade", disse Fridley. "É difícil de ilustrar isso para quem não entende de sistemas de proteção, mas realmente criar algo que tenha um belo projeto, funcionalidade e simplicidade é o que destaca esse produto em comparação com nossos dispositivos de proteção de sistema tradicionais."
Parte do projeto inclui a localização de faltas por ondas viajantes, uma tecnologia que pode ajudar as concessionárias de energia a economizar horas na busca da localização de faltas. A tecnologia de ondas viajantes no SEL-T400L aponta a localização da falta no espaço de um vão de torre de transmissão.
"A tecnologia é incrivelmente precisa e, aqui no oeste, isso é mais importante do que nunca", explicou Fridley. "Temos grandes linhas de transmissão que atravessam grandes distâncias por vastas áreas desabitadas. Monitorá-las demanda muito tempo e esforço, portanto, para nós a precisão na localização de faltas é essencial."
Após ver o desempenho da localização de faltas do SEL-T400L no laboratório de simulação, a PNM decidiu fazer desse relé, combinado com a proteção, a automação e o sistema de controle da proteção diferencial de linha SEL-411L, o novo padrão em todas as suas linhas de transmissão 345 kV. A empresa também está avaliando a implementação dessa combinação como padrão em outras linhas no sistema.
Com o avanço revolucionário das tecnologias de domínio do tempo, o SEL-T400L dispara de forma segura com a rapidez de 1 ms, registra eventos com uma taxa de amostragem de 1 MHz e localiza faltas para a torre mais próxima.
É nosso dever para o futuro
Independentemente do segmento, há uma boa chance de que você já tenha ouvido alguém dizer, "bem, nós sempre fizemos isso assim", como resposta a uma proposta de mudança ou mudança eminente.
As pessoas se acomodam. Talvez se preocupem por acreditar que não vão acompanhar a mudança. Mudanças significam trabalho. E também temos o elemento do desconhecido.
"Eu sempre menciono o começo do setor elétrico, quando as transmissoras estavam considerando o uso de grandes linhas de transmissão 345 kV e 500 kV pela primeira vez", disse Fridley. "Eu tenho certeza de que as pessoas do contra na mesa estavam dizendo, 'por que precisamos dessa alta tensão, isso é loucura e o preço dos disjuntores é alto, e os transformadores são caros'. Agora eu consigo ouvir as pessoas falando isso."
"E, ainda assim, esse é literalmente o pilar de sustentação do sistema que usamos hoje em dia. Se os progressistas não tivessem apresentado a visão de futuro para construir, investir e aceitar o desafio com a alta tensão, maiores estruturas e equipamentos de custo alto, nós não teríamos o tipo de sistema que temos à nossa disposição hoje."
"Essa é a mesma mentalidade que precisamos ter agora. O objetivo desses investimentos é o futuro—isso é algo bom, é um esforço de modernização e é a nossa tarefa. Fazer esses investimentos agora é nossa obrigação com o futuro para que possamos ter um sistema que nos dê suporte."
Guiada por essa atitude, a PNM está mudando o significado de ser uma concessionária. Esses pioneiros estão trazendo equipamentos de alta tecnologia para seus sistema de potência, liderando a adoção de novas tecnologias e abraçando novas ideias.
Na medida em que dão continuidade à modernização da rede e à melhoria na proteção do sistema, seu objetivo final segue o mesmo, ser uma fonte contínua de confiança e serviço aos seus clientes no Novo México.