ES2340802T3 - Compensacion de carga en la proteccion de distancia en una linea de transmision de potencia trifasica. - Google Patents
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Abstract
Un método para determinar una distancia a un fallo, en una protección de distancia de una línea de transmisión de potencia trifásica, donde en caso de fallo sobre la línea: - se asume que la corriente de fallo se alimenta desde los dos extremos de la línea de transmisión, - se reciben las mediciones de las corrientes de las fases, - se estima una primera impedancia de la línea que representa la distancia al fallo usando un primer modelo de fallo, caracterizado porque: - el primer modelo de fallo está basado en la suposición de que la corriente de fallo corresponde a al menos una de las corrientes de las fases, - se estima una segunda impedancia de la línea que representa la distancia al fallo usando un segundo modelo de fallo, donde el segundo modelo de fallo está basado en la suposición de que la corriente de fallo corresponde a la componente de secuencia negativa de las corrientes de las fases, - se estima una tercera impedancia de la línea que representa la distancia al fallo usando un tercer modelo de fallo, donde el tercer modelo de fallo está basado en la suposición de que la corriente de fallo corresponde a la componente de corriente de secuencia cero de las corrientes de las fases, - se determina una condición de carga sobre la línea, - se asigna la condición de carga a una de las clasificaciones normal, de sobre-alcance o de sub-alcance, - dependiendo de la clasificación asignada se determina una impedancia resultante por una combinación de las impedancias primera, segunda y tercera.
Description
Compensación de carga en la protección de
distancia de una línea de transmisión de potencia trifásica.
La presente invención se refiere a un método y
un dispositivo para determinar la distancia a un fallo en la
protección de distancia de una línea de transmisión de potencia
trifásica.
\vskip1.000000\baselineskip
La protección de distancia es uno de los
diversos métodos utilizados comúnmente para reconocer un fallo en
una red de transmisión de potencia y reaccionar al mismo aislando la
línea de transmisión en fallo del resto de la red de potencia. La
protección de distancia se consigue colocando relés de protección de
distancia en los extremos de las líneas de transmisión y midiendo
las corrientes de las fases y los voltajes de las fases. A partir
de las mediciones, se calcula una impedancia que, en caso de fallo,
es representativa de la distancia entre el equipo de medición y el
fallo. En lo que sigue esta distancia se llamará distancia al fallo.
Dependiendo del valor de la impedancia calculada se definen
diferentes zonas de distancias. Se asigna un tiempo límite a cada
una de las zonas de distancias que especifica cuando se desconectará
la línea en fallo por los correspondientes relés de distancia.
Cuanto menor es la impedancia calculada más cerca está el fallo del
equipo de medición y más corto es el tiempo límite antes de que se
desconecte la
línea.
línea.
En el documento EP 0 671 011 B1 se describe un
método para determinar la distancia relativa al fallo desde la
estación de medición localizada cerca de uno de los extremos de una
línea de transmisión. La estación de medición proporciona
mediciones de las corrientes y los voltajes de las fases de la línea
de transmisión. El método está basado en un modelo extendido de
fallos que toma en consideración la impedancia de secuencia cero de
la línea. Adicionalmente, el método asume que la corriente de fallo,
es decir, la corriente a través de la resistencia de fallo, se
alimenta al punto de fallo desde ambos extremos de la línea de
transmisión.
\vskip1.000000\baselineskip
Un objeto de la invención es proporcionar un
método mejorado y un dispositivo para determinar la distancia al
fallo donde se asume que la corriente de fallo se alimenta desde los
dos extremos de la línea de transmisión.
De acuerdo con un primer aspecto de la invención
se proporciona un método como se define en la reivindicación 1.
De acuerdo con un segundo aspecto de la
invención se proporciona un dispositivo como se define en la
reivindicación 15.
La invención está basada en el hecho de que
durante la protección de distancia y cuando las corrientes de fallo
se alimentan desde los dos extremos de la línea de transmisión,
puede ocurrir un problema especial. Si las corrientes de fallo
desde los dos extremos de la línea tienen ángulos de fase diferentes
la caída de voltaje a través de la resistencia de fallo puede
distorsionar las corrientes y los voltajes de las fases de tal modo
que la impedancia calculada indica una distancia equivocada al fallo
dando como resultado una identificación incorrecta de la zona de
distancia.
Si la zona de distancia identificada cae más
cerca del equipo de medición que el fallo real, entonces la
desconexión se realiza demasiado pronto, o incluso de forma
innecesaria en el caso de que el fallo hubiese desaparecido antes
de alcanzar el tiempo límite de la siguiente zona. Esta actuación se
llama un sobre-alcance.
Si la zona de distancia identificada cae más
distante que el fallo real, entonces la desconexión puede realizarse
demasiado tarde, lo cual se llama un
sub-alcance.
El efecto de un sobre-alcance o
un sub-alcance se agrava bajo condiciones de fuerte
carga. Si no se toma ninguna acción para compensar específicamente
el sobre-alcance puede producirse una desconexión
instantánea no deseada de la línea que puede tener consecuencias
desastrosas en toda la red de potencia tales como las caídas de
potencia o incluso las pérdidas completas de potencia.
La invención se basa en la idea general de usar
tres modelos de fallo diferentes para estimar tres valores de
impedancia diferentes y combinar las diferentes impedancias dando
como resultado una impedancia, donde el modo en que se realiza la
combinación está sujeto a las condiciones de carga de la línea de
transmisión.
El primero de los tres modelos de fallo se basa
en la suposición de que la corriente de fallo corresponde con al
menos una de las corrientes de las fases de la línea de transmisión.
El segundo y tercer métodos se basan en la suposición de que la
corriente de fallo corresponde a la componente de corriente de
secuencia negativa o de secuencia cero de las corrientes de las
fases, respectivamente. Cada una de las tres impedancias así como
la impedancia resultante representan una estimación de la distancia
al fallo, dende la impedancia resultante representa el valor que
cae más cerca de la distancia real al fallo. La condición de carga
se asigna a una de las siguientes clasificaciones: normal,
sobre-alcance y sub-alcance.
Dependiendo de la asignación, se elige el modo correspondiente de
combinar las tres impedancias.
La ventaja de este método y del dispositivo para
realizar este método es el hecho de que compensan el efecto
negativo de una fuerte carga sobre la precisión de la protección de
distancia. La compensación se consigue distinguiendo entre las
condiciones de carga normal y las de sobre-alcance y
sub-alcance teniendo en cuenta la clasificación de
la carga cuando se genera el valor de la impedancia que representa
la distancia al fallo. Como se mejora la precisión de la distancia
al fallo, puede identificarse la zona de protección de distancia
correspondiente con una mayor fiabilidad. Por consiguiente, pueden
impedirse las desconexiones de las líneas de transmisión tempranas,
tardías y especialmente las innecesarias, lo cual reduce el riesgo
de caídas de potencia innecesarias y minimiza los costes
resultantes de desconexiones inapropiadas de las líneas.
En una realización preferida de la invención se
reciben las corrientes de las fases desde uno de los extremos de la
línea de transmisión y se determina la condición de carga como la
dirección del flujo de potencia con respecto a este extremo. La
condición de carga, donde la potencia fluye desde el extremo donde
se miden las corrientes de las fases, al extremo remoto de la línea
de transmisión se llama exportación de carga. La condición de carga
donde la potencia fluye en la dirección opuesta, es decir desde el
extremo remoto al extremo donde se miden las corrientes de las
fases, se llama importación de carga.
En el caso especial de un fallo entre una fase y
tierra, la dirección del flujo de potencia se determina en base a
las corrientes en las fases y el voltaje entre fases de las dos
fases sin fallo de la línea en lugar de usar las tres fases. Por lo
tanto nos aseguramos de que sólo se usan esas mediciones para
determinar la condición de carga que representa de forma fiable el
flujo de potencia.
En una realización adicional se determina la
condición de carga en base a una combinación del flujo de potencia
y el intervalo del valor de carga real. Si el valor de la carga
excede un valor predeterminado, se indica una condición llamada de
fuerte carga. En el caso de fuerte carga así como con exportación de
carga, la condición de la carga se califica de
sobre-alcance. En el caso de una fuerte carga así
como con importación de carga, la condición de carga se clasifica
como de sub-alcance. En todos los demás casos, la
condición de carga se clasifica como normal.
A continuación se describen con detalle,
diversas realizaciones del método para determinar la distancia al
fallo.
Suponiendo que se produce un fallo entre una
fase y tierra sobre la primera de las tres fases, a continuación se
estima la condición de importación o exportación de carga
preferiblemente midiendo las corrientes I_{L2} y I_{L3} en las
fases segunda y tercera de las tres fases y el voltaje U_{L2L3}
entre la segunda y la tercera fase usando la fórmula siguiente:
P_{flujo}
= Re (U_{L2L3} (I_{L2} -
I_{L3})*).
La impedancia resultante se determina de
diversos modos. En una realización preferida de la invención, sólo
se determina la parte imaginaria de la impedancia resultante y por
consiguiente, sólo se usan las partes imaginarias de las
impedancias primera, segunda y tercera. Si una impedancia Z
generalmente puede expresarse como el número complejo Z=\beta +
j\alpha, entonces sólo se usa la parte imaginaria \alpha.
En el caso de sobre-alcance, la
impedancia resultante \alpha_{sobre, \ a} puede determinarse
como la media de las dos mayores de la primera, segunda y tercera
impedancias, de \alpha_{1} a \alpha_{3} de acuerdo con:
\alpha_{sobre, \ a} =
0,5(\alpha_{1} + \alpha_{2} + \alpha_{3} - min
(\alpha_{1}, \alpha_{2},
\alpha_{3})).
En el caso especial de
sobre-alcance combinado con una corriente de fallo
muy pequeña comparada con la componente de corriente de secuencia
cero de las corrientes de las fases, se aplica otra ecuación. Este
caso especial puede ocurrir por ejemplo en una estación de potencia
con la generación desconectada, pero con los transformadores
conectados a tierra en funcionamiento. Para reconocer este caso se
determina la corriente de fallo y se compara con la componente de
corriente de secuencia cero. Si la componente de corriente de
secuencia cero excede un múltiplo predeterminado de la corriente de
fallo, se determina la impedancia resultante \alpha_{sobre, \
b} como la media de la tercera impedancia \alpha_{3} y la mayor
de las impedancias primera y segunda, \alpha_{1} y
\alpha_{2}: \alpha_{sobre, \ b} = 0,5 (\alpha_{3} +
\alpha_{1} + \alpha_{2} - min (\alpha_{1},
\alpha_{2})). El múltiplo predeterminado puede elegirse
preferiblemente como un número mayor de 5.
Si se asigna sub-alcance a la
condición de carga, entones la impedancia resultante \alpha_{sub,
\ a} se determina como la mediana de la primera, segunda y tercera
impedancias, de \alpha_{1} a \alpha_{3}:
\alpha_{sub,
\ a} = (\alpha_{1}+ \alpha_{2} + \alpha_{3} - min
(\alpha_{1}, \alpha_{2}, \alpha_{3}) - max
(\alpha_{1}, \alpha_{2},
\alpha_{3})).
\newpage
Como alternativa, la impedancia resultante
\alpha_{sub, \ b} puede determinarse como el valor medio de las
tres impedancias de \alpha_{1} a \alpha_{3}:
\alpha_{sub,
\ b} = \frac{(\alpha_{1} + \alpha_{2} +
\alpha_{3})}{3}.
Otra alternativa es la combinación de la mediana
\alpha_{sub, \ a} con el valor medio \alpha_{sub, \ b} de
las impedancias primera, segunda y tercera de acuerdo con la
siguiente ecuación:
\alpha_{sub,
\ c} = \frac{(\alpha_{sub, \ a} + \alpha_{sub, \
b})}{2}.
Para simplificar la determinación de la primera
impedancia y por lo tanto el primer modelo, se asume en una
realización especial que la resistencia de fallo es de valor cero,
lo cual da como resultado que la corriente de fallo es de valor
cero también.
En el caso especial en el que la componente de
la corriente de secuencia cero es muy pequeña, la tercera impedancia
\alpha_{3} se fija al valor de la primera impedancia
\alpha_{1}. Este caso se detecta determinando si la componente
de corriente de secuencia cero está por debajo de un umbral
predeterminado.
En el caso especial en el que la componente de
la corriente de secuencia negativa es muy pequeña, la segunda
impedancia \alpha_{2} se fija al valor de la primera impedancia
\alpha_{1}. Este caso se detecta determinando si la componente
de corriente de secuencia negativa está por debajo de un umbral
predeterminado.
La Figura 1 muestra esquemáticamente un modelo
de fallo entre una fase y tierra en una línea de transmisión de
potencia.
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de un
método para determinar una distancia al fallo en la protección de
distancia de una línea de transmisión de potencia trifásica, y
La Figura 3 muestra un diagrama esquemático de
un dispositivo para realizar el método de la Figura 1 y para
generar una señal de desconexión para la protección de
distancia.
\vskip1.000000\baselineskip
Ahora se describirá una realización de la
presente invención con referencia a las Fig. 1, 2 y 3.
Un bucle de una fase a tierra en una línea de
transmisión de potencia trifásica que afecta a la primera de las
tres fases puede modelarse como se muestra en la Fig. 1. La línea de
transmisión de potencia pertenece a una red de potencia. La
localización del voltaje U_{1} indica uno de los dos extremos de
la línea de transmisión, donde en esta localización está instalada
una unidad de medición para medir las corrientes de las fases
I_{1}, I_{2} y I_{3} y los voltajes de las fases U_{1},
U_{2} y U_{3} de la línea. La resistencia R_{F} indica la
localización del fallo sobre la línea. El otro extremo de la línea
de transmisión no se muestra. Está situado a alguna distancia hacia
la derecha desde el fallo. Se asume que la corriente de fallo IF se
alimenta desde ambos extremos de la línea de transmisión, como se
indica por las flechas 1 y 2.
El voltaje U_{1} a través del bucle de fallo
se calcula de acuerdo con la siguiente ecuación: U_{1} =
Z_{L}I_{1} + R_{F}I_{F} + Z_{N}I_{N} donde U_{1} es el
voltaje entre la fase y la tierra en el extremo de la línea donde
se están tomando las mediciones, Z_{L} es la impedancia de la fase
en fallo que indica la distancia entre la localización de la
medición y el fallo, R_{F} es la resistencia de fallo y Z_{Z}
es la impedancia de secuencia cero. La corriente I_{1} es la
corriente de fase de la primera fase en la localización de la
medición, la corriente I_{Z} es la componente de corriente de
secuencia cero de las corrientes de fase en la localización de
medición y la corriente IF es la corriente de fallo que fluye a
través de la resistencia R_{F}.
La corriente de fase I_{1} puede medirse y la
componente de corriente de secuencia cero I_{Z} puede deducirse
por métodos conocidos a partir de las mediciones de las tres
corrientes de las fases. La corriente de fallo IF no se conoce.
De acuerdo con un primer modelo de fallo, la
corriente de fallo IF se fija para que sea igual a la corriente de
fase I_{1}. De acuerdo con un segundo modelo de fallo, la
corriente de fallo IF se fija para que sea igual a la componente de
la corriente de secuencia cero I_{Z} de las corrientes de fase,
que puede determinarse de acuerdo con métodos conocidos a partir de
las tres corrientes de las fases. De acuerdo con un tercer modelo
de fallo, la corriente de fallo IF se fija para ser igual a la
componente de corriente de secuencia negativa de las corrientes de
las fases, donde la componente de corriente de secuencia negativa
puede determinarse por métodos conocidos a partir de las tres
corrientes de fase.
El diagrama de flujo de la Fig. 2 muestra las
etapas para determinar la llamada impedancia resultante \alpha
que representa la distancia al fallo. Después de comenzar el proceso
de determinación (etapa 4), los valores de las tres corrientes de
las fases I_{1}, I_{2} e I_{3} se reciben en la etapa 5. En
base a las corrientes de las fases de I_{1} a I_{3}, se
determina una primera impedancia \alpha_{1} usando el primer
modelo de fallo. Consecuentemente, se determinan una segunda
impedancia \alpha_{2} y una tercera impedancia \alpha_{3},
usando el segundo y el tercer modelos de fallo respectivamente
(etapa 6). Aparte de las corrientes de las fases, que forman la
principal fuente de información para determinar la distancia al
fallo, puede usarse otra información. Esta información puede ser
los valores de los voltajes de las fases de U_{1} a U_{3} así
como diferentes parámetros de la línea, tales como la impedancia de
la línea X_{L} y la impedancia de secuencia cero X_{N}. En la
siguiente etapa 7 se determina si existe una condición de fuerte
carga sobre la línea. Si no existe una condición de fuerte carga
(N), se reconoce una condición de carga normal y en la etapa 8 la
impedancia resultante \alpha se fija igual a la impedancia de
carga normal \alpha_{normal}, que representa la distancia al
fallo bajo condiciones de carga normales. La impedancia de carga
normal \alpha_{normal}, se calcula por los métodos de
localización de fallos conocidos.
Si se detecta una condición de fuerte carga en
la etapa 7 (Y), se determina la dirección del flujo de potencia en
la etapa 9. Si se identifica exportación de carga, entonces la
condición de carga se clasifica como de
sobre-alcance y se calcula la impedancia resultante
\alpha en la etapa 10 como la media de las dos mayores de la
primera, segunda y tercera impedancias desde \alpha_{1} a
\alpha_{3}. Si se identifica importación de carga entonces la
condición de carga se clasifica como de sub-alcance
y la impedancia resultante se calcula en la etapa 11 como la
mediana de la primera, segunda y tercera impedancias de
\alpha_{1} a \alpha_{3}.
La impedancia resultante \alpha se saca
finalmente a otro proceso donde se determina la zona de distancia
en base al valor de la impedancia.
El método descrito con respecto a la Fig. 2 se
realiza por una unidad de determinación de impedancia 2 como se
representa en la Fig. 3. La unidad de determinación de impedancia 2
representa un dispositivo para determinar la distancia al fallo, ya
que la impedancia resultante \alpha representa y está
correlacionada directamente con la distancia al fallo. Para
determinar la impedancia resultante \alpha, se reciben las
corriente de las fases de I_{1} a I_{3} así como los voltajes
de las fases de U_{1} a U_{3}. Aparte de esto, los parámetros P
se reciben, bien desde una unidad externa o desde una unidad de
almacenamiento interna.
La unidad de determinación de impedancia 2 es
parte de un dispositivo de protección de distancia 1 que comprende
adicionalmente una unidad de determinación de zona 3 para determinar
la zona de distancia y para generar una señal de desconexión
correspondiente para desconectar la línea de transmisión en fallo
del resto de la red de potencia.
Claims (15)
1. Un método para determinar una distancia a un
fallo, en una protección de distancia de una línea de transmisión
de potencia trifásica, donde en caso de fallo sobre la línea:
- se asume que la corriente de fallo se alimenta
desde los dos extremos de la línea de transmisión,
- se reciben las mediciones de las corrientes de
las fases,
- se estima una primera impedancia de la línea
que representa la distancia al fallo usando un primer modelo de
fallo,
caracterizado porque:
- el primer modelo de fallo está basado en la
suposición de que la corriente de fallo corresponde a al menos una
de las corrientes de las fases,
- se estima una segunda impedancia de la línea
que representa la distancia al fallo usando un segundo modelo de
fallo, donde el segundo modelo de fallo está basado en la suposición
de que la corriente de fallo corresponde a la componente de
secuencia negativa de las corrientes de las fases,
- se estima una tercera impedancia de la línea
que representa la distancia al fallo usando un tercer modelo de
fallo, donde el tercer modelo de fallo está basado en la suposición
de que la corriente de fallo corresponde a la componente de
corriente de secuencia cero de las corrientes de las fases,
- se determina una condición de carga sobre la
línea,
- se asigna la condición de carga a una de las
clasificaciones normal, de sobre-alcance o de
sub-alcance,
- dependiendo de la clasificación asignada se
determina una impedancia resultante por una combinación de las
impedancias primera, segunda y tercera.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
donde las corrientes de las fases se reciben desde uno de los
extremos de la línea de transmisión y donde se determina la
condición de carga como la dirección del flujo de potencia con
respecto a ese extremo.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2,
donde en el caso de un fallo entre una fase y tierra se determina
la dirección del flujo de potencia en base a las corrientes de las
fases y a los voltajes entre las fases de las dos fases sin fallo
de la línea.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 2
ó 3, donde en el caso de que la dirección del flujo de potencia
indique una exportación de carga y la carga exceda un valor
predeterminado se asigna sobre-alcance.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 2
ó 3, donde en el caso de que la dirección del flujo de potencia
indique una importación de carga y la carga exceda un valor
predeterminado se asigna sub-alcance.
6. El método de acuerdo con al menos una de las
reivindicaciones de 1 a 5, donde en el caso de que se detecte
sobre-alance se determina la impedancia resultante
como la media de las dos mayores de las impedancias primera,
segunda y tercera.
7. El método de acuerdo con al menos una de las
reivindicaciones de 1 a 5, donde se determina una corriente de
fallo y donde en el caso de que se detecte
sobre-alcance y que la componente de corriente de
secuencia cero exceda un múltiplo predeterminado de la corriente de
fallo la impedancia resultante se determina como el promedio de la
tercera impedancia y la mayor de las impedancias primera y
segunda.
8. El método de acuerdo con al menos una de las
reivindicaciones de 1 a 7, donde en el caso de que se detecte
sub-alcance se determina la impedancia resultante
como la mediana de las impedancias primera, segunda y tercera.
9. El método de acuerdo con al menos una de las
reivindicaciones de 1 a 7, donde en el caso de que se detecte
sub-alcance se determina la impedancia resultante
como el promedio de la media y la mediana de las impedancias
primera, segunda y tercera.
10. El método de acuerdo con al menos una de las
reivindicaciones de 1 a 9, donde las impedancias primera, segunda y
tercera y la impedancia resultante están representadas cada una por
su parte imaginaria.
\newpage
11. El método de acuerdo con al menos una de las
reivindicaciones de 1 a 10, donde se estima la primera impedancia
asumiendo que la resistencia de fallo es de valor cero.
12. El método de acuerdo con al menos una de las
reivindicaciones de 1 a 11, donde la tercera impedancia se fija al
valor de la primera impedancia en el caso de que la componente de
corriente de secuencia cero esté por debajo de un umbral
predeterminado.
13. El método de acuerdo con al menos una de las
reivindicaciones de 1 a 12, donde la segunda impedancia se fija al
valor de la primera impedancia en el caso de que la componente de
corriente de secuencia negativa esté por debajo de un umbral
predeterminado.
14. Un producto programa de ordenador plasmado
sobre uno o más medios legibles de ordenador para implementar un
método, de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones de 1 a
13.
15. Un dispositivo para determinar la distancia
al fallo en una protección de distancia de una línea de transmisión
de potencia trifásica, que comprende una unidad de determinación de
impedancia, donde la unidad de determinación de impedancia:
- recibe las mediciones de las corrientes de las
fases,
- estima una primera impedancia de la línea que
representa la distancia al fallo en base al primer modelo de
fallo.
caracterizado
- porque el primer modelo de fallo está basado
en la suposición de que la corriente de fallo corresponde a al
menos una de las corrientes de las fases,
- y porque la unidad de procesamiento además
- \bullet
- estima una segunda impedancia de la línea que representa la distancia al fallo usando un segundo modelo de fallo, donde el segundo modelo de fallo está basado en la suposición de que la corriente de fallo corresponde a la componente de secuencia negativa de las corrientes de las fases,
- \bullet
- estima una tercera impedancia de la línea que representa la distancia al fallo usando un tercer modelo de fallo, donde el tercer modelo de fallo está basado en la suposición de que la corriente de fallo corresponde a la componente de corriente de secuencia cero de las corrientes de las fases,
- \bullet
- determina una condición de carga sobre la línea,
- \bullet
- asigna la condición de carga a una de las clasificaciones normal, sobre-alcance y sub-alcance,
- \bullet
- dependiendo de la clasificación asignada determina una impedancia resultante por una combinación de las impedancias primera, segunda y tercera.
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