ES2464193A1

ES2464193A1 - Método de bloqueo de la protección diferencial para evitar disparos no deseados basado en supervisión de la componente homopolar

Info

Publication number: ES2464193A1
Application number: ES201300863A
Authority: ES
Inventors: Carlos Antonio Platero Gaona; Francisco Rafael BLÁNQUEZ DELGADO; Emilio Rebollo López; Rubén MARTÍNEZ CABALLERO
Original assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Current assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2014-06-10

Abstract

Método de bloqueo de la protección diferencial para evitar disparos no deseados basado en supervisión de la componente homopolar. Método que permite evitar disparos no deseados de la protección diferencial de generadores con neutro aislado o puestos a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico. Este método se basa en la supervisión de la componente homopolar tanto en el lado del neutro como en el lado de los terminales de la máquina, de modo que si ésta toma un valor superior al umbral fijado previamente, es un claro indicio de que al menos ha saturado un transformador de corriente y podría derivar en una mala actuación de la protección diferencial. Por ello, cuando la componente homopolar supera el umbral fijado, los ajustes de la curva de disparo se modifican para establecer una característica menos restrictiva que impida la mala operación de la protección.

Description

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención mejora a la protección diferencial con el fin de evitar disparos no deseados de dicha protección en sistemas de generación como consecuencia de la saturación de alguno de los transformadores de corriente ante algún tipo de defecto. Es aplicable a cualquier protección diferencial, como por ejemplo la de una máquina rotativa, un transformador, una línea o unas barras.

La invención tiene como base un nuevo algoritmo que sirve de apoyo para la protección diferencial, gracias al cual pueden evitarse numerosos disparos no deseados provocados por saturaciones en transformadores de corriente, que provocan una actuación incorrecta de la protección.

Reducir el número de disparos no deseados en centrales eléctricas es un factor importante por las consecuencias que dichos disparos implican, como por ejemplo, el alto lucro cesante o los gastos derivados de las tareas de revisión y puesta en marcha.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

El principio de operación de una protección diferencial, por ejemplo en el caso de una máquina rotativa, es comparar al menos dos corrientes por fase. Para ello, se instalan dos transformadores de corriente en cada 3 O una de las fases a la entrada y salida de sus devanados. Si las corrientes medidas en una misma fase no adoptan valores idénticos significa que

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entre ambos transformadores de medida existe un defecto que provoca una corriente de fuga, de tal forma que la protección debe actuar y dejar la máquina fuera de servicio.

5 10: En el caso ideal, las corrientes medidas por ambos transformadores en cada fase deberían ser idénticas, pero en la práctica esto no siempre es así puesto que se debe considerar la posibilidad de que los transformadores de corriente sean de fabricantes distintos o que aun siendo del mismo fabricante existan pequeñas diferencias entre ellos. Por todo ello, se debe permitir un margen de error en la medida de la corriente diferencial (típicamente 5-10% en funcionamiento del generador en vacío), que aumente a medida que aumenta el estado de carga de la máquina, o la protección redundaría en continuos disparos no deseados.

15: Las diferencias constructivas o el hecho de ser de fabricantes

2 O: diferentes hacen que los transformadores de corriente empleados se comporten de forma distinta ante una misma falta, pudiendo saturar, por ejemplo, solo uno de ellos o saturar varios pero de forma desigual, con lo que se obtendrían medidas erróneas de la corriente que circula realmente por la máquina y podría darse el caso de que la protección active el disparo de forma incorrecta.

25 3 O: El proceso de saturación puede deberse a diversos motivos, como pueden ser la conexión de un transformador cercano, la existencia de un cortocircuito en la red, interno o externo a la máquina, o en general ante cualquier transitorio que haga aumentar la corriente. La componente de continua que aparece en estos casos en la corriente es la principal causante de este fenómeno, y depende del momento en el que se produce el cortocircuito o la energización del transformador; por tanto, es aleatoria. Aunque en otras ocasiones, también puede saturar un transformador de corriente debido a una corriente alterna de gran valor.

Gracias al método que aquí se describe se conoce en qué momento se produce la saturación de alguno de los transformadores de corriente que alimentan la protección diferencial. Para ello, se calcula en cada instante el valor de la suma de las tres corrientes medidas por cada uno de los transformadores, tanto en el lado del neutro como en el lado de los terminales, por ejemplo, si se tratase de una máquina rotativa. Así, la presente invención tiene como principal objetivo evitar disparos no deseados por parte de la protección diferencial.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

Las protecciones diferenciales se basan en la comparación de dos corrientes por fase, tal como se muestra en la Figura 1, donde la protección diferencial (1) compara las corrientes del generador (2) en el lado del neutro (3) con las corrientes en el lado de los terminales (4).

Una curva de disparo típico de la protección diferencial se muestra en la Figura 2. La relación entre la corriente diferencial (8) y la corriente de frenado (9) establece la zona de actuación (10) Y la zona de no actuación (11) de la protección.

La corriente diferencial se obtiene como el módulo de la diferencia vectorial de la corriente que circula por el lado de los terminales (4) Ir y el lado del neutro (3) IN, en cada fase, según se muestra en la siguiente ecuación:

Por otro lado, para hallar la corriente de frenado existen diversos métodos, pero es práctica habitual calcularla como la semisuma de los módulos de las corrientes por el lado de los terminales (4) IT Y por el lado del neutro (3) IN, según se muestra en la siguiente ecuación:

Por tanto, en caso de que la relación entre la corriente diferencial

(8) y la corriente de frenado (9) esté dentro de la zona de actuación (10),

5: se producirá el disparo de la protección diferencial. En el caso más

general, si este hecho sucede para cualquiera de las tres fases, se

produciría el disparo del relé diferencial.

Sin embargo, si el estudio se centra en sistemas con neutro

10: aislado o puestos a tierra a través de una impedancia de alto valor

óhmico (5), es necesario que el valor de la relación corriente diferencial y

corriente de frenado entre en la zona de actuación en al menos dos de

las fases. Esto se debe a que la corriente de falta en caso de que exista

un defecto monofásico a tierra es muy reducida en estos sistemas con

15: neutros puestos a tierra a través de una impedancia de alto valor. De esta

forma, la corriente de defecto resulta insuficiente para provocar el disparo

de la protección diferencial. Por esto, el disparo de la protección

diferencial por la detección de corriente diferencial en una sola de las

fases carece de sentido. En caso de defecto entre fases la situación es

2 O: diferente, pues la corriente diferencial en las fases implicadas toma un

valor muy elevado, pues solo es limitado por la propia impedancia del

devanado. Es para evitar este último tipo de defectos para lo que la

protección diferencial está diseñada.

25: Por otro lado, la suma de las tres corrientes que circulan por cada

una de las fases, llamada componente homopolar, bien sea en el lado de

los terminales (4) Ir o bien en el lado del neutro (3) IN, debe ser

prácticamente cero (en caso ideal, nula) en funcionamiento normal y ante

cualquier tipo de defecto externo a la zona protegida. Por ello, la

3 O: detección de un valor elevado de componente homopolar tanto en el lado

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de los terminales como en el lado del neutro solo puede ser explicada

mediante la medida errónea de alguno de los transformadores de medida

de corriente. Este error de medida se debe habitualmente al fenómeno de

saturación que se produce en dichos dispositivos. La Figura 4 muestra un

5: ejemplo gráfico de esta situación, donde en la gráfica superior se observa

la componente homopolar del lado de neutro (15), y la gráfica inferior la

componente homopolar del lado de terminales (16), en caso de defecto

externo.

10: Para defectos internos a la zona protegida, sólo aparecería

componente homopolar ante un cortocircuito a tierra, y como se ha

expuesto con anterioridad, en sistemas con neutro aislado o puestos a

tierra a través de una impedancia de valor elevado, la corriente de falta

está limitada a un valor menor (típicamente a 10A en el caso más

15: desfavorable) comparado con el que aparecería en caso de defecto

interno entre fases, descrito previamente.

Por tanto, el método que se expone en la presente invención se

basa en modificar los ajustes de la protección diferencial, haciéndolos

2 O: menos restrictivos, en caso de existir un valor superior al ajuste de la

componente homopolar, calculada como la suma de corrientes por las

tres fases del lado de los terminales (4) IT o por las tres fases del lado del

neutro de la máquina rotativa (3) IN. La Figura 5 ilustra el procedimiento.

25: En caso de producirse saturación de alguno de los

transformadores como consecuencia de una falta interna, los nuevos

ajustes de la curva de disparo de la protección diferencial no serían

impedimento a la hora de provocar el disparo de la protección, puesto que

la corriente diferencial que aparecería en dicho caso sería suficiente para

30: entrar en zona de actuación (10). De esta forma se evitan disparos no

deseados.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción una serie de figuras donde se ha representado lo siguiente: .

Figura 1.-Muestra una posible configuración de una protección diferencial para un generador.

(1 ) Protección diferencial

(2): Generador

(3): Corrientes del generador en el lado del neutro IN

(4): Corriente del generador en el lado de los terminales h

(5): Impedancia de puesta a tierra

(6): Transformador

(7): Red eléctrica

Figura 2.-Muestra una curva típica de disparo de una protección diferencial.

(8): Corriente diferencial Id

(9): Corriente de frenado lb

(10): Zona de actuación de la protección

(11): Zona de no actuación de la protección

Figura 3.-Muestra una curva genérica de un relé diferencial y una representación de las corrientes diferenciales y de frenado de las tres fases en caso de un disparo no deseado, en el instante de disparo.

(12): Representación en la curva de disparo de la corriente

diferencial y de frenado de la fase A

(13): Representación en la curva de disparo de la corriente

diferencial y de frenado de la fase B

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(14) Representación en la curva de disparo de la corriente diferencial y de frenado de la fase C

Figura 4.-Muestra la representación de la componente homopolar

5: calculada a partir de las corrientes que circulan por el lado del neutro y

por el lado de los terminales de una máquina rotativa en caso de existir

saturación en al menos uno de los transformadores de corriente.

(15) Componente homopolar calculada a partir de la corriente

que circula por las fases del lado del neutro de la máquina

10: (16) Componente homopolar calculada a partir de la corriente

que circula por las fases del lado de los terminales de la

máquina

(17) Cotas establecidas como umbral para la corriente

homopolar calculada a partir de las corrientes que circulan por

15: el lado del neutro

(18) Cotas establecidas como umbral para la corriente

homopolar calculada a partir de las corrientes que circulan por

el lado de los terminales

2 O: Figura 5.-Muestra la representación del procedimiento a seguir en

caso de detectar saturación en al menos un transformador de corriente

debido a la aparición de corriente homopolar.

(19) Nueva zona de actuación definida por la curva de disparo

cuyos ajustes han sido modificados

25: (20) Nueva zona de no actuación definida por la curva de disparo

cuyos ajustes han sido modificados

30 Figura 6.-Muestra la representación del esquema lógico de actuación de la protección diferencial que se describe en la presente

Nº solicitud19/09/2013F.OEPM19/09/2013F.Efectiva

invención.

(21): Cálculo de la corriente homopolar

(22): Se comprueba si el valor de la componente homopolar está entre los valores considerados como correctos o por el contrario ha superado el umbral previamente fijado

(23): Sí

(24): No

(25): Modificación de los ajustes de la curva de disparo

(26): Se comprueba si el punto de operación en la curva de disparo, establecido por la relación entre la corriente de frenado y la corriente diferencial se encuentra en la nueva zona de actuación definida al modificar los ajustes.

(27): Disparo

(28): No disparo

(29): Señal de alarma

(30): La actuación de la protección diferencial depende de si se trata de una falta interna o externa

(31): Interna

(32): Externa

REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN

En el siguiente apartado se describe el modo de realización preferente del objeto de la invención.

Modificación de la curva de disparo por componente homopolar

El siguiente método tiene como objetivo principal evitar disparos no deseados en protecciones diferenciales (1), como el mostrado en la Figura 3, donde sólo una de las fases entra en zona de actuación (10), quedando las otras dos muy alejadas de dicha zona. Este hecho es principalmente causado por la saturación de alguno de los

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transformadores de medida.

5 10: Por tanto, este nuevo algoritmo se basa en el cálculo de la componente homopolar como suma de las tres corrientes de cada una de las fases en el lado del neutro (15) yen el lado de los terminales (16). De este modo, si el valor que adopta la corriente homopolar, bien en el lado del neutro del generador o bien en el lado de los terminales, supera un determinado umbral, como sucede en la Figura 4, los ajustes de la curva de disparo de la protección se modifican con el objetivo de hacerlos menos restrictivos y así permitir un mayor margen de corriente diferencial.

15: La modificación de los ajustes, que se pretende ilustrar a través de la Figura 5, en un principio podría ser contraproducente si se produce la saturación de algún transformador de corriente ante una falta interna. Sin embargo, la corriente diferencial que aparece en dichos casos, supera notablemente los nuevos ajustes establecidos.

2 O: Por último, una vez despejada la falta, en caso de falta interna, o pasado un intervalo de tiempo previamente fijado cuando no es necesario despejar la falta por tratarse de una falta externa, los ajustes de la curva de disparo de la protección diferencial se resetean y vuelven a tomar sus valores iniciales.

25: Complemento de información Ante falta externa en la que se produce la saturación de al menos uno de los seis transformadores de corriente que forman parte del esquema de la protección diferencial, la modificación de los ajustes de la curva de disparo evita una mala actuación de la protección diferencial.

3 O: Sin embargo, en dicho caso, se activará una señal de alarma que no implica la parada del grupo de generación, pero permite conocer e

informar de que ha existido una situación anómala que ha provocado dicha saturación. La alarma podrá resetearse y volver al estado de reposo una vez que se haya sido consciente del suceso.

5 La Figura 6 muestra el esquema lógico de operación de la invención que aquí se presenta con el fin de facilitar la comprensión de la misma.

Claims

REIVINDICACIONES

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5

1.-Método de bloqueo del disparo de protecciones diferenciales en sistemas eléctricos con neutro aislado o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, caracterizado porque se bloquea el disparo de la protección si el valor de la componente homopolar de la corriente supera un umbral previamente establecido.

10

2.-Método de bloqueo del disparo de protecciones diferenciales en sistemas eléctricos con neutro aislado o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, basado en la reivindicación 1, caracterizado porque el umbral previamente establecido es dependiente de la corriente de frenado.

15 2 O

3.-Método de bloqueo del disparo de protecciones diferenciales en sistemas eléctricos con neutro aislado o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, basado en la reivindicación 1, caracterizado porque si la corriente homopolar supera el umbral previamente establecido genera una señal de alarma que informa de que ha existido saturación de al menos uno de los transformadores de corriente.

FIGURAS

5 Figura 1

Figura 2

13

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el Fase A

6) Fase B

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Fase e

Figura 3

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Figura 4

Figura 5

Figura 6