APLICAÇÃO DO SOFTWARE ELIPSE E3 PARA AUTOMATIZAR O CENTRO DE OPERAÇÃO DA GERAÇÃO (COG) QUE CONTROLA 17 USINAS HIDRELÉTRICAS DO GRUPO CPFL ENERGIA - PDF
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Luiz Felipe Quintanilha de Mendonça
1 APLICAÇÃO DO SOFTWARE ELIPSE E3 PARA AUTOMATIZAR O CENTRO DE OPERAÇÃO DA GERAÇÃO (COG) QUE CONTROLA 17 USINAS HIDRELÉTRICAS DO GRUPO CPFL ENERGIA Este case apresenta a aplicação do Elipse E3 para controlar as diferentes etapas ligadas à geração de energia realizadas por um total de 17 Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) do Grupo CPFL Energia Augusto Ribeiro Mendes Filho Assessoria de Comunicação da Elipse Software NECESSIDADE Figura 1. Centro de Operações da Geração A CPFL Energia é uma holding que atua no setor elétrico brasileiro, por meio da ação de suas subsidiárias dedicadas aos segmentos de distribuição, geração e comercialização de energia elétrica. Com quase 100 anos de existência, é considerada a maior companhia privada do setor elétrico brasileiro, possuindo 19 PCHs e uma termelétrica, com potência total instalada de 120 MW e 36 MW, respectivamente, todas localizadas no Estado de São Paulo. Para isto, a concessionária possui uma ampla rede de parceiros e está 1
2 sempre em busca de talentos no Brasil e no exterior para aplicar seus recursos de maneira eficiente e qualificada. Um destes parceiros é a Elipse Software, empresa especializada no desenvolvimento de soluções para o gerenciamento de processos. Uma destas soluções é o Elipse E3, software adotado pela CPFL para auxiliar os operadores do Centro de Operação da Geração (COG) no controle de um total de 17 Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs). São elas: Americana, Buritis, Pinhal, Chibarro, Capão Preto, Dourados, Eloy Chaves, Esmeril, Jaguari, São Joaquim, Lençóis, Monjolinho, Santana, Salto Grande, Socorro, Três Saltos e Gavião Peixoto. Ao todo, foram adquiridas 16 cópias do E3, possuindo, cada uma das 17 usinas, um E3 Server. SOLUÇÃO O Elipse E3 permite que os operadores do Centro de Operação da Geração monitorem todas as partes e equipamentos que integram as 17 PCHs. Para acessar o sistema, primeiramente é solicitada uma senha na tela inicial do supervisório, ilustrando as 17 PCHs distribuídas no mapa do Estado de São Paulo. Autorizada a entrada no sistema, o operador pode escolher qual a etapa do processo de geração de energia ou equipamento deseja monitorar. Figura 2. Tela inicial da aplicação 2
3 TOMADA D ÁGUA Liberado o acesso, o software disponibiliza ao usuário uma série de outras telas. A primeira delas permite monitorar a tomada d água, etapa caracterizada pela captação da água do rio que é, inicialmente, conduzida para o interior das câmaras de carga e, posteriormente, até as turbinas. A tomada d água é localizado próxima ou no próprio vertedouro (barragem) da PCH. Figura 3. Tela mostrando a tomada d água Antes de entrar nas câmaras, a água do rio passa por um processo de filtragem realizada junto às grades das comportas. Este processo tem como objetivo evitar que detritos, presentes no rio, venham a danificar o rotor da turbina, prejudicando a sua operação. Uma vez nas câmaras de carga, o Elipse E3 permite monitorar o nível da água, a fim de verificar se o mesmo está de acordo com a faixa de operação, além de supervisionar se as comportas estão abertas ou fechadas. 3
4 Figura 4. Tela de controle da câmara de carga da PCH TURBINA Das câmaras de carga, a água parte em direção à turbina, equipamento acoplado a um gerador elétrico conectado à rede de energia via uma subestação elevadora. A turbina é composta pelos seguintes componentes (caixa espiral, pré-distribuidor, distribuidor e rotor). A caixa espiral é uma estrutura em forma de caracol que envolve as regiões do pré-distribuidor, distribuidor e rotor. Encontra-se conectada ao conduto, que liga a câmara de carga à turbina, na secção de entrada, e ao pré-distribuidor na secção de saída. O Elipse E3 permite que o operador possa visualizar a altura de queda da água sobre a caixa espiral. 4
5 Figura 5. Tela de controle da turbina O pré-distribuidor é responsável pela passagem da água para o distribuidor. É constituído de um conjunto de 18 a 24 palhetas fixas, com perfil hidrodinâmico de baixo arrasto, a fim de controlar o fluxo da corrente, evitando que haja turbulências durante o escoamento. É uma parte sem movimento, soldada à caixa espiral. Já o distribuidor é o equipamento que controla a potência da turbina, uma vez que regula a vazão da água. É composto, também, por uma série de 18 a 24 palhetas, porém, móveis que são acionadas via um mecanismo hidráulico situado fora da caixa espiral. Todas as palhetas se movem ao mesmo tempo e de maneira igual. Movimentação, esta, controlada pelo software da Elipse. 5
6 Figura 6. Tela exibindo o percentual de abertura das palhetas do distribuidor Do distribuidor, a água parte em direção ao rotor, onde ocorre a conversão da energia hídrica e gravitacional em mecânica. Convertida a energia, a água vai para o duto de saída, geralmente com diâmetro final maior que o inicial, o que desacelera o fluxo da corrente após sua passagem pela turbina, devolvendo-a ao rio. Etapa que, assim como as demais, também pode ser acompanhada via à tela do Elipse E3, permitindo o controle sobre as comportas de saída da PCH. Figura 7. Tela exibindo as comportas por onde a água é escoada novamente para o rio 6
7 VÁLVULAS, MANCAIS E UNIDADE HIDRÁULICA A abertura e fechamento das válvulas borboleta e de by pass, ambas localizadas entre as câmaras de carga e a turbina, também são controladas pelo Elipse E3 (ver figura 5). A válvula borboleta tem a função de proteger e bloquear a vazão da água em direção à turbina nos casos de emergência, evitando, assim, possíveis danos na estrutura da PCH. Já a de by pass serve para nivelar as pressões exercidas pela água na montante (região adjacente à entrada) e jusante (posterior à saída) da válvula borboleta antes da abertura da mesma. Entre os eixos que unem o rotor da turbina ao gerador existem os mancais, equipamentos cuja finalidade é sustentar e nivelar a conexão entre ambas as estruturas de modo estável e resistente. Para isso, porém, os mancais devem ser constantemente lubrificados e resfriados, o que minimiza o atrito e o aquecimento sobre os mesmos junto aos eixos. Figura 8. Tela exibindo os pop-ups de controle dos mancais Ambos os processos de lubrificação e resfriamento dos mancais são realizados na Unidade Hidráulica, local monitorado pelo Elipse E3. Através de uma única tela, é possível controlar a pressão, temperatura e o filtro do óleo lubrificante, como também as bombas responsáveis por bombear o óleo para os mancais de forma constante. 7
8 Figura 9. Tela de controle da Unidade Hidráulica UNIDADE GERADORA Por fim, o software permite supervisionar as unidades geradoras das PCHs. Através de uma única tela, é possível visualizar os valores atuais de potência ativa e reativa, tensão, corrente elétrica e frequência. Figura 10. Tela de controle da unidade geradora 8
9 UNIFILAR Somado ao controle da unidade geradora, o Elipse E3 também possui uma tela que exibe todo o diagrama unifilar. O unifilar nada mais é do que a representação simplificada de um sistema elétrico, visando revelar as interligações existentes entre os equipamentos envolvidos no processo de geração de energia (disjuntores, seccionadores, transformadores, entre outros). Figura 11. Tela exibindo o unifilar de energia BENEFÍCIOS Controle à distância das PCHs e do processo de geração de energia, via às telas do Elipse E3, sem precisar sair do COG. Monitoramento da tomada d água desde a montante do rio até a passagem pelas comportas de entrada da PCH. Controle do nível da água no interior das câmaras de carga. Controle das válvulas borboleta e de by pass permitindo a passagem da água, de forma equilibrada, das câmaras de carga às turbinas. 9
10 Controle do estado das diferentes partes que integram a estrutura física das turbinas (caixa espiral, pré-distribuidor, distribuidor e rotor). Controle dos mancais para que não sofram danos em função do atrito ou aquecimento excessivo. Controle da temperatura, pressão e filtro do óleo lubrificante dos mancais. Controle das diferentes medidas (tensão, corrente elétrica, potência e frequência) e componentes que integram as unidades geradoras de energia. Exibição do unifilar de energia. Controle de todas as proteções das máquinas e da subestação da usina. FICHA TÉCNICA CLIENTE: CPFL Energia INTEGRADOR: CPFL Energia PACOTE ELIPSE UTILIZADO: Elipse E3 NÚMERO DE CÓPIAS: 16 PLATAFORMA: Windows XP e Windows 2008 Server NÚMERO DE PONTOS DE I/O: DRIVER DE COMUNICAÇÃO: Modbus, Moeller, GEETH, ABNTNBR
Tomada d água: A função do sistema de entrada é conduzir a água de uma fonte como um rio ou reservatório para dentro do conduto forçado (penstock)
Tomada d água: A função do sistema de entrada é conduzir a água de uma fonte como um rio ou reservatório para dentro do conduto forçado (penstock) que é a tubulação que a conduz sob pressão à turbina.