Desenvolvimento de melhorias na detecção de falhas em geradores síncronos

Abstract

As fontes renováveis constituem mais de 80% de toda a matriz elétrica brasileira, sendo aproximadamente 63,8% provenientes de hidrelétricas. Devido ao vasto poten- cial hidrográfico e às condições climáticas favoráveis do Brasil, bem como aos atuais significativos investimentos em geração de energia por meio de fontes renováveis, as hidrelétricas estão em expansão. Independentemente do tipo de instalação, seja usina hidrelétrica, pequena central hidrelétrica ou central geradora hidrelétrica, é essencial garantir a disponibilidade do ativo para o fornecimento de energia. Um dos maiores desafios financeiros e de produção enfrentados pelos fornecedores de energia é a ocorrência de paradas não programadas devido a falhas. Em razão disso, o setor tem investindo em sistemas de monitoramento das condições das unidades geradoras. O objetivo deste trabalho é abordar o monitoramento não invasivo do campo magnético de geradores síncronos. A análise das componentes harmônicas do campo magnético é utilizada para a detecção de falhas e avaliação de seu nível de agravamento, auxi- liando no planejamento de uma manutenção programada. O trabalho apresenta uma descrição do funcionamento geral de uma hidrelétrica, bem como às principais falhas encontradas e às ferramentas matemáticas para análise de campo magnético. Serão apresentados os pré-requisitos funcionais e não funcionais dos sistemas, com o intuito de estudar seu comportamento e realizar a implementação conforme estabelecido. No decorrer do relatório, será apresentado o desenvolvimento e implementação de uma ferramenta de análise dos sinais para detecção de falha, bem como os testes realizados para sua validação.

Renewable sources constitute over 80% of the entire Brazilian electricity matrix, with approximately 63.8% originating from hydroelectric power. Due to Brazil’s vast hydro- graphic potential and favorable climatic conditions, along with significant current invest- ments in renewable energy generation, hydroelectric plants are expanding. Regardless of the type of installation, whether it is a large hydroelectric plant, a small hydroelectric power plant, or a hydroelectric generating station, it is essential to ensure the availability of the asset for energy supply. One of the greatest financial and production challenges faced by energy suppliers is the occurrence of unscheduled outages due to failures. Consequently, the sector has been investing in condition monitoring systems for gen- erating units. The objective of this report is to perform non-invasive monitoring of the magnetic field of synchronous generators. The analysis of the harmonic components of the magnetic field is used for fault detection and assessment of their severity, supporting the planning of scheduled maintenance. The paper presents a description of the general operation of a hydroelectric plant, the main faults encountered, and the mathematical tools for magnetic field analysis. The functional and non-functional prerequisites of the systems will be presented to structure their behavior and carry out the implementation as established. Throughout the report, the development and implementation of a signal analysis tool for fault detection will be presented, as well as the tests conducted for its validation.