Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2025.
Resumo Portugues
A transmissão em corrente contínua em alta tensão (High Voltage Direct Current - HVDC)
apresenta vantagens financeiras e técnicas para transmissão de potência em longas distâncias
devido às menores perdas de potência na transmissão, a menor necessidade de compensação
reativa e por não apresentar problemas de estabilidade causados por baixos valores de tensão e
altas impedâncias em sistemas de transmissão CA. Com os avanços da eletrônica de potência
a partir do século XX, o uso de sistemas HVDC tem crescido e isso inclui o Brasil, que tem
investido nesses sistemas devido seu às suas dimensões continentais e à distância entre fontes
de geração e a carga. Nesse cenário, pesquisas relacionadas aos sistemas de proteção desses
sistemas são essenciais, o que inclui os transformadores conversores que são equipamentos fundamentais para implementação e funcionamento desses sistemas, tem um custo elevado e são
de difícil substituição. Portanto, é necessário garantir o bom funcionamento de seus esquemas
de proteção e a identificação tempestiva de falhas internas ao equipamento. Logo, essa dissertação apresenta uma avaliação detalhada das funções de proteção diferencial de fase (ANSI code
87T), diferencial de sequência negativa (ANSI code 87Q), e Restrict Earth Fault (ANSI code
REF ou 87N) em transformadores conversores de sistemas HVDC—sendo a função 87T a principal proteção do equipamento. As análises consideraram apenas transformadores conversores
conectados a conversores operando como inversores. Para realização dessas avaliações, foram
realizadas simulações em um modelo do sistema LCC-HVDC do Complexo do Rio Madeira
através do software Alternative Transients Program (ATP/ATPDraw), simulando faltas externas aos transformadores na barra em que eles estão conectados e em uma linha de transmissão
CA adjacente, e faltas internas aos equipamentos, sendo elas: faltas fase-terra, fase-fase-terra,
fase-fase, espira-terra e espira-espira, tanto no primário quanto no secundário dos transformadores de um polo. Foi simulada, também, a energização desses transformadores. As funções
de proteção por sua vez, foram implementadas em Python e a partir dos resultados das simulações, a atuação das funções foram avaliadas. Os resultados da atuação dessas funções foram
discutidos, avaliando-se os melhores ajustes de proteção e detalhando as razões dos problemas
de desempenho encontrados. Destaque para faltas fase-terra e espira-terra no secundário dos
transformadores que apresentam problemas de desempenho por bloqueios indevidos das funções
ou nem mesmo detecção de faltas internas.
Resumo Ingles
High Voltage Direct Current (HVDC) transmission offers financial and technical advantages for power transmission over long distances due to lower power loss during transmission,
reduced need for reactive compensation, and the absence of stability problems caused by low
voltages and high impedance in the AC transmission systems. With advances in power electronics since the 20th century, HVDC systems have grown, including in Brazil, which has invested
in these systems due to its continental size and the distance between generation sources and
the load. In this scenario, research related to the protection systems for these systems is essential, including converter transformers, which are necessary equipment for implementing and
operating these systems. They are expensive and difficult to replace. Thus, the protection
schemes need to function correctly and identify internal faults in the equipment. Therefore,
this dissertation presents a detailed evaluation of the phase differential (ANSI code 87T), negative sequence differential (ANSI code 87Q), and Restrict Earth Fault (ANSI code REF or 87N)
protection functions in HVDC converter transformers—with function 87T being the primary
protection of the equipment. The analyses considered only converter transformers connected
to converters operating as inverters. Simulations were performed on a model of the Madeira
River LCC-HVDC Complex using the Alternative Transients Program (ATP/ATPDraw) software to perform these evaluations, simulating external faults to the transformers on the busbar
to which they are connected and on an adjacent AC transmission line, and internal faults to
the equipment, namely: phase-to-ground, phase-to-phase-to-ground, phase-to-phase, turn-toground, and turn-to-turn faults, all in the primary and secondary of the transformers of a pole.
The energization of these transformers was also simulated. The protection functions were implemented in Python, and the performance of the functions was evaluated based on the simulation
results. The results of the performance of these functions were discussed, with the evaluation
of the best protection settings and describing the reasons for the performance failures found.
Among the results, the following stand out: phase-to-ground and turn-to-ground faults in the
secondary of the transformers that present performance failures due to improper blocking of
functions or even lack of detection of internal faults.
Unidade academica
Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento
Departamento de Engenharia Elétrica (FT ENE)
Programa de Pos-Graduacao
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Idioma
eng
Tipo de documento
Dissertação
Formato
application/pdf
Direitos de acesso
Acesso Aberto
Termo de licenca
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Palavras-chave
Corrente contínua em alta tensão||ATP||Transformadores conversores||Proteção diferencial de fase||Proteção diferencial de sequência negativa||Complexo HVDC||Transitórios eletromagnéticos||Sistemas de potência
