ES2897723T3 - Procedimiento y equipo de protección para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica, en el que - en al menos un punto de medición (11) en la red de suministro de energía se recopilan valores de medición, que describen un estado de funcionamiento actual de la red de suministro de energía; - los valores de medición se transfieren a un equipo de protección (12); - mediante un equipo de evaluación (14) del equipo de protección (12) empleando los valores de medición, cada bucle posible de la red de suministro de energía, que puede estar afectado por un fallo, se evalúa en cuanto a la detección del tipo de fallo de un fallo; y - en la presencia de un fallo se genera la señal de error, en donde- para cada bucle posible se evalúan los valores de medición y/o valores derivados de los valores de medición empleando al menos dos criterios de protección diferentes, en donde cada uno de los criterios de protección es adecuado para indicar un tipo de fallo de un fallo presente en el bucle evaluado en cada caso; y - la señal de error se genera teniendo en cuenta todos los resultados presentes de la evaluación de los criterios de protección; caracterizado por que - el resultado de la evaluación del criterio de protección respectivo al formarse un resultado ponderado se multiplica por un factor de ponderación; - para cada posible bucle se combinan todos los resultados ponderados formando un resultado global; el resultado respectivo de la evaluación del criterio de protección respectivo se forma en forma de un valor de probabilidad específico de cada criterio de protección, que indica, con qué probabilidad de acuerdo con el criterio de protección evaluado se presenta un fallo con el tipo de fallo; y - el resultado global respectivo se forma en forma de un valor de probabilidad específico de cada bucle, que indica, con qué probabilidad en el bucle observado se presenta un fallo con el tipo de fallo.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y equipo de protección para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica
La invención se refiere a un procedimiento para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica, en la que en al menos un punto de medición en la red de suministro de energía se recopilan valores de medición, que describen un estado de funcionamiento actual de la red de suministro de energía, los valores de medición se transfieren a un equipo de protección, mediante un equipo de evaluación el equipo de protección empleando los valores de medición se evalúa cada posible bucle de la red de suministro de energía, que puede estar afectado por un fallo, se evalúan en cuanto a la detección del tipo de fallo de un fallo, y en la presencia de un fallo se genera la señal de error, en donde para cada posible bucle los valores de medición y/o valores derivados de los valores de medición se evalúan empleando al menos dos criterios de protección diferentes, en donde cada uno de los criterios de protección es adecuado para indicar un tipo de fallo de un fallo presente en el bucle evaluado en cada caso; y la señal de error se genera teniendo en cuenta todos los resultados presentes de la evaluación de los criterios de protección. La invención se refiere también a un equipo de protección para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica con un equipo de evaluación para llevar a cabo un procedimiento de este tipo.
Un procedimiento así se conoce, por ejemplo, por el documento EP 1207610 A2. Un procedimiento para determinar la distancia de fallo se conoce además por el documento EP 2113778 A2. Además el documento WO 2008/034936 A1 muestra un procedimiento, en el que, por un lado se detecta un bucle defectuoso y, por otro lado, una dirección de fallo.
Para monitorizar componentes primarios, por ejemplo líneas, redes de suministro de energía eléctrica se utilizan los así llamados equipos de protección, para detectar estados operativos inadmisibles del componente primario monitorizado en cada caso, que pueden estar provocados, por ejemplo, mediante cortocircuitos o cortocircuitos a tierra, y desconectarlos automáticamente. Para, ello el equipo de protección habitualmente en uno o varios puntos de medición en la red de suministro de energía registra valores de medición, por ejemplo valores de medición de corriente y/o de tensión, que caracterizan el estado de funcionamiento del componente primario. Para ejecutar su función de protección, el equipo de protección evalúa a continuación los valores de medición ejecutando un así llamado algoritmo de protección, es decir una especificación de cálculo y/o circuitos lógicos para la evaluación de los valores de medición registrados, y dependiendo del resultado de la evaluación genera, dado el caso, una señal de disparo, que induce a un disyuntor conectado con el equipo de protección a abrir sus contactos de conmutación, para separar la línea con fallo del resto de la red de suministro de energía.
Un ejemplo de un algoritmo de protección utilizado con frecuencia para la monitorización de líneas de redes de suministro de energía eléctrica funciona según el así llamado procedimiento de protección de distancia, en el que a partir de valores de medición de corriente y de tensión se calculan valores de impedancia situados en un plano complejo y se comprueba, si los valores de impedancia se sitúan dentro de una zona de disparo predeterminadadenominada también polígono de disparo. Siempre y cuando los valores de impedancia se sitúan dentro de esta zona de disparo predeterminada, el equipo de protección constata un estado de funcionamiento inadmisible en la línea monitorizada por esta de la red de suministro de energía eléctrica y envía una señal de disparo a uno o varios disyuntores que limitan la línea, para separar la línea averiada del resto de la red de suministro de energía.
En relación con la detección de fallos en las redes de suministro de energía, además de la cuestión, de si en realidad se ha producido un fallo, es importante también la cuestión sobre un tipo de fallo del fallo. Un tipo de fallo caracteriza el fallo presente de manera más concreta e indica por ejemplo, en qué posible bucle defectuoso de la red de suministro de energía polifásica y/o en qué dirección, vista desde el punto de medición, se presenta el fallo. En el caso de una red de suministro de energía trifásica con tres conductores (conductor 1, conductor 2, conductor 3) dependiendo de los conductores implicados en el fallo existen siete bucles defectuosos posibles; en la disposición subsiguiente en cada caso están indicados los posibles conductores implicados en un fallo, así como la abreviatura respectiva empleada en este documento para el bucle defectuoso en cuestión:
Fallo monopolar conductor 1 - tierra: L1E
Fallo monopolar conductor 2 - tierra: L2E;
Fallo monopolar conductor 3 - tierra: L3E;
Fallo bipolar conductor 1 - conductor 2: L12
Fallo bipolar conductor 2 - conductor 3: L23;
Fallo bipolar conductor 3 - conductor 1: L31;
Fallo tripolar conductor 1 - conductor 2 - L123.
conductor 3:
Dependiendo de un tipo de fallo detectado, un fallo presente en la red de suministro de energía puede desconectarse selectivamente, es decir en los conductores afectados por el fallo y/o en la dirección correspondiente, observada desde el punto de medición, de modo que se permite que el resto de las fuentes de alimentación sigan funcionando.
Por el documento de patente europeo EP 2304857 B1 se sabe cómo detectar el tipo de fallo de un fallo en forma de un bucle defectuoso mediante la observación de una así llamada tasa de modificación de impedancia. El bucle, que presenta la menor tasa de modificación de impedancia, se selecciona como bucle defectuoso y se genera una señal de error que indica el tipo de fallo (en este caso: el fallo se presenta en el bucle detectado). De acuerdo con el procedimiento conocido la señal de error se emplea para eliminar un bloqueo de una zona de protección bloqueada previamente debido a la existencia de una oscilación de red, para que el fallo pueda desconectarse.
En el procedimiento conocido la evaluación en cuanto al bucle defectuoso confía exclusivamente en la tasa de modificación de impedancia. Esto alberga el peligro de que en caso de errores, en los que la tasa de modificación de impedancia no representa ningún criterio de protección suficiente, se toma una decisión equivocada, y por consiguiente, o se dispara de manera involuntaria una desconexión de una fuente de alimentación realmente sin fallos, o no tiene lugar de manera involuntaria una desconexión realmente necesaria de una fuente de alimentación.
Debido a desarrollos recientes en el ámbito de las redes de suministro de energía, por ejemplo la liberación de los mercados de generación de corriente y una fractura unida a ello de direcciones de transmisión de corriente tradicionales en la red de suministro de energía mediante una alimentación de corriente descentralizada, a los equipos de protección en redes de suministro de energía se imponen requisitos cada vez más altos en cuento a su fiabilidad y selectividad, de modo que se necesita una posibilidad de la adaptación flexible y adaptativa de los criterios de protección empleados en cada caso para la detección de un tipo de fallo.
Partiendo de un procedimiento y un equipo de protección del tipo indicado al principio en la invención se plantea por tanto el objetivo, de indicar un procedimiento así como un equipo de protección, para poder efectuar una detección del tipo de fallo más fiable, también en diferentes condiciones de red.
Este objetivo se resuelve en cuanto al procedimiento de acuerdo con la invención mediante un procedimiento del tipo mencionado al principio, en el que el resultado de la evaluación del criterio de protección respectivo al formarse un resultado ponderado se multiplica por un factor de ponderación; y para cada posible bucle se combinan todos los resultados ponderados formando un resultado global; el resultado respectivo de la evaluación del criterio de protección respectivo se forma en forma de un valor de probabilidad específico de cada criterio de protección, que indica, con qué probabilidad de acuerdo con el criterio de protección evaluado se presenta un fallo con el tipo de fallo; y se forma el resultado global respectivo en forma de un valor de probabilidad específico de cada bucle, que indica, con qué probabilidad en el bucle observado se presenta un fallo con el tipo de fallo.
El procedimiento de acuerdo con la invención según la reivindicación 1 ventajosamente la decisión sobre un tipo de fallo no se toma únicamente mediante un único criterio de protección, sino empleando varios criterios de protección (al menos dos), que son adecuados respectivamente en sí mismos, indicar un tipo de fallo en el bucle evaluado en cada caso. Se consideran como diferentes criterios de protección los criterios que son adecuados para averiguar el mismo resultado con diferentes métodos. A este respecto los métodos diferentes pueden basarse en el uso de diferentes valores de medición (por ejemplo corriente, tensión etc.) y/o valores derivados de estos (por ejemplo impedancia, potencia activa, potencia reactiva así como valores eficaces, indicadores, valores RMS, valores promedio de corriente, tensión etc.) y/o en el uso de diferentes algoritmos. La evaluación se lleva a cabo para todos los bucles erróneos (L1E, L2E, L3E, L12, L23, L31, L123) y la señal de error se genera teniendo en cuenta todos los resultados presentes de los criterios de fallo verificados. Dado que la evaluación se ejecuta empleando al menos dos criterios de protección y se tienen en cuenta los resultados de todos los criterios de protección, en comparación con la verificación solo de un único criterio puede averiguarse un resultado con una fiabilidad significativamente más alta; cuando en concreto uno de los criterios de protección no puede llegar a ninguna conclusión clara, existe la posibilidad de que esta inseguridad pueda compensarse mediante un criterio de protección adicional, que en su verificación se sirve por ejemplo de otros valores de medición.
El procedimiento de acuerdo con la invención puede adaptarse además también de manera muy flexible a diferentes situaciones de red, dado que los criterios de protección empleados para la detección del tipo de fallo pueden seleccionarse dependiendo por ejemplo de la topología y/o plano de tensión presentes.
La señal de error puede emplearse por ejemplo para desencadenar para un determinado bucle una operación de conmutación selectiva, para desconectar un fallo detectado para este bucle.
Además puede efectuarse ventajosamente la priorización de los criterios de protección individuales empleados. Porque puede ser que un criterio de protección determinado en la mayoría de los casos de fallo determine con una fiabilidad relativamente alta el tipo de fallo correcto, mientras que otro criterio de protección proporciona solo en determinados casos límite un resultado claro. De acuerdo con la invención puede efectuarse una sobreponderación correspondiente del primera criterio de protección, para que la decisión sobre el tipo de fallo dependa prioritariamente de este criterio de protección. Al estar compuesto finalmente el resultado global para cada posible bucle mediante combinación adecuada, por ejemplo mediante adición, por todos los resultados ponderados, puede lograrse que por cada bucle se presente solo un resultado (el resultado global) y que este resultado - dado el caso con correspondiente ponderación- considere todos criterios de protección, que se han aplicado para el bucle.
El procedimiento de acuerdo con la invención procedimiento presenta la ventaja de que todos los resultados globales de todos los bucles pueden compararse entre sí. Un valor de probabilidad presupondrá concretamente un valor entre 0...1, de modo que también el resultado global, que tiene en cuenta los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección ponderados, puede indicarse en sí como valor de probabilidad. Al emplearse valores de probabilidad, además puede realizar también una inclusión aún mejor de todos los resultados de los criterios de protección individuales en el resultado global, porque un criterio de protección indica no solo de manera binaria, si se presenta un tipo de fallo determinado o no, sino con qué probabilidad se presenta actualmente este tipo de fallo. Mediante la concentración de todos los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección puede formarse el valor de probabilidad específico de cada bucle con una transparencia más alta que en una observación meramente binaria. Por ejemplo, puede estar previsto que la señal de error mediante la comparación de todos los valores de probabilidad específicos de cada bucle averigüe los bucles, cuyo valor de probabilidad específico de cada bucle sea el más alto, y a continuación seleccione el tipo de fallo correspondiente para este bucle.
De acuerdo con una forma de realización ventajosa del procedimiento de acuerdo con la invención, está previsto que los criterios de protección se evalúen en paralelo entre sí.
Una evaluación "paralela" puede significar en este caso por ejemplo una ejecución de los criterios de protección que se desarrolla simultáneamente en diferentes procesadores o núcleos de procesador (físicamente y/o virtualmente) o en un componente computacional con programación determinada para cada hardware (por ejemplo ASIC, FPGA). Sin embargo, como evaluación paralela se considera también una ejecución de desarrollo secuencial de los criterios de protección (por ejemplo en uno o varios procesadores o núcleos de procesador), siempre y cuando los resultados de todos los criterios de protección entren en paralelo en la evaluación definitiva (a diferencia, por ejemplo. de un procesamiento secuencial, en el que un resultado de un criterio de protección ejecutado en primer lugar interviene en la ejecución del siguiente criterio de protección).
Mediante esta forma de realización puede lograrse que realmente todos criterios de protección participen en la generación de la señal de error, de modo que se aumenta aún más la fiabilidad en la generación de la señal de error.
De acuerdo con una forma de realización ventajosa adicional en este contexto está previsto además que la señal de error se genere al tener en cuenta los resultados globales de todos los bucles evaluados.
Por ello se garantiza que la señal de error tenga en cuenta todos los resultados globales de los posibles bucles individuales y el tipo de fallo no se determine debido al resultado solo de un bucle o solo de pocos bucles. Al formarse los resultados globales individuales a su vez al tener en cuenta todos los criterios de protección evaluados para los bucles correspondientes, puede garantizarse además que todos los criterios de protección individuales con su ponderación respectiva intervengan en la formación de la señal de error. Por ejemplo, para el tipo de fallo "bucle defectuoso" en la formación de la señal de error puede seleccionarse el bucle, cuyo resultado global posea el valor más alto.
En concreto en este contexto puede estar previsto que para cada posible bucle los factores de ponderación para todos los criterios de protección evaluados se seleccionen de modo que su suma arroja 1.
Además, en relación con los factores de ponderación puede estar previsto que el nivel de los factores de ponderación respectivos se selecciona dependiendo de la configuración respectiva de la red de suministro de energía.
Por ello puede lograrse un comportamiento adaptativo del equipo de protección que va a ejecutar el procedimiento, al reaccionarse a diferentes configuraciones de red mediante adaptación correspondiente de los factores de ponderación y con ello a la priorización de los criterios de protección individuales. Por ejemplo puede ser útil, en el caso de una alimentación intensa cerca del punto de medición ponderar criterios de protección, que se sirven de las corrientes medidas y/o de valores derivados de las mismas de manera más intensa en comparación con criterios de protección referidos a la tensión, mientras que en el caso de una alimentación débil han de ponderarse de manera más intensa más bien los criterios de protección referidos a la tensión. Esta selección de los valores para los factores de ponderación puede llevarse a cabo una sola vez (por ejemplo en la puesta inicial en marcha del equipo de protección) mediante configuraciones y/o parámetros de red o continuamente. Mediante una adaptación continua pueden incluirse por ejemplo estados de alimentación o de carga muy diferentes cerca del punto de medición dinámicamente en la priorización de los criterios de protección.
Una forma de realización ventajosa adicional del procedimiento de acuerdo con la invención prevé que la señal de error solo se genere, cuando el resultado global de al menos un posible bucle supera un valor umbral de detección de fallos.
Por ello baja significativamente el peligro de disparos erróneos, de que cada aumento de un resultado global para un bucle no lleve inmediatamente a una generación de la señal de error. Solo cuando el aumento del resultado global al menos de un bucle es tan significativo que debe suponerse un fallo, se genera la señal de error. El valor umbral de detección de fallos puede poseer en este sentido un valor fijamente predeterminado. Como alternativa, sin embargo, el valor umbral de detección de fallos puede formarse también dinámicamente, y por ejemplo, averiguarse relativamente en comparación con los resultados globales de todos los bucles o tener en cuenta una distancia del resultado global de un bucle los resultados globales de otros bucles.
Una forma de realización ventajosa adicional del procedimiento de acuerdo con la invención consiste en que un criterio de protección respectivo solo se evalúa, cuando se presentan todos los valores de medición y/o valores derivados necesarios para su evaluación.
Por ello aquellos criterios de protección, que - por ejemplo debido a la ausencia de valores de medición y/o valores derivados- no pueden aplicarse, puede exceptuarse de la evaluación temporalmente.
En cuanto a la formación de factores de ponderación puede estar previsto además también que se evalúe un criterio de protección respectivo solo, cuando se presentan todos los valores de medición y/o valores derivados necesarios para su evaluación; y el resultado global se forme solo empleando resultados ponderados de tales criterios de protección, que se han evaluado.
En este caso puede estar previsto concretamente que los factores de ponderación del resto de los criterios de protección, que se han evaluado realmente, se adapten, para compensar así la ausencia de evaluación de un criterio de protección excluido debido a valores de medición no y/o valores derivados no presentes. La ponderación del criterio de protección descartado se distribuye en un caso así de acuerdo con las ponderaciones de los criterios de protección aplicados en estas.
Puede estar previsto, por ejemplo, que la señal de error como tipo de fallo indique la dirección de un fallo.
Los criterios de protección, que son adecuados para la detección del tipo de fallo "dirección de fallo", son por ejemplo los que se exponen a continuación.
- Tensión actual que puede provocar cortocircuito: Este criterio de protección determina la relación entre el indicador de tensión actual y el indicador de corriente actual. La impedancia calculada ofrece información sobre la dirección de fallo.
- Tensión almacenada que puede provocar un cortocircuito: Este criterio de protección determina la relación entre el indicador de tensión almacenado y el indicador de corriente actual. A este respecto se emplea el indicador de tensión adaptado a la posición de fase actual. La impedancia calculada ofrece información sobre la dirección de fallo. Se aplica preferentemente en redes compensadas en serie.
- Tensión actual sana: Este criterio de protección determina la relación entre el indicador de tensión sana actual girado 90° y el indicador de corriente actual. La impedancia calculada ofrece información sobre la dirección de fallo. El procedimiento funciona solo en caso de fallos monopolares y bipolares sin participación de tierra.
- Tensión almacenada sana: Este criterio de protección determina la relación entre el indicador de tensión sana almacenada girado 90°y el indicador de corriente actual. La impedancia calculada ofrece información sobre la dirección de fallo. El procedimiento funciona solo en caso de fallos monopolares y bipolares sin participación de tierra
- Criterio de magnitud delta: La determinación de dirección con magnitudes delta funciona con magnitudes delta estáticas o dinámicas. En la determinación de dirección con magnitudes delta estáticas se emplean los indicadores delta de corriente y tensión. Los indicadores delta de corriente y tensión se calculan a partir de la diferencia entre el indicador medido actual y el indicador almacenado recopilado antes del comienzo del fallo. La relación entre el indicador de tensión delta y el indicador de corriente delta ofrece información sobre la dirección de fallo. en la determinación de dirección con magnitudes delta dinámicas se emplean los valores de muestreo delta de corriente y tensión. Los valores de muestreo delta de corriente y tensión se calculan a partir de la diferencia entre el valor de muestreo medido actual y el valor de muestreo recopilado antes del periodo de red. El producto de corriente delta y tensión delta se integra. El resultado de la integración ofrece información sobre la dirección de fallo.
- Criterio de componente simétrico: La determinación de dirección se basa en los componentes simétricos. En la determinación de dirección con magnitudes de sistema homopolar la impedancia de sistema homopolar se determina a partir de los indicadores de tensión y de corriente del sistema homopolar.
La impedancia calculada ofrece información sobre la dirección de fallo. El procedimiento funciona solo en caso de errores con participación de tierra. En la determinación de dirección con magnitudes de sistema de secuencia inversa la impedancia de sistema de secuencia inversa se determina a partir de los indicadores de tensión y de corriente del sistema de secuencia inversa. La impedancia calculada ofrece información sobre la dirección de fallo. Se aplica preferentemente en cortocircuitos durante oscilaciones de red. Funciona solo en caso de cortocircuitos asimétricos.
- Criterio de magnitudes de sistema de secuencia directa delta: En la determinación de dirección con magnitudes de sistema de secuencia directa delta se determina la relación entre el indicador de tensión delta y el indicador de corriente delta del sistema de secuencia directa. La impedancia calculada ofrece información sobre la dirección de fallo.
La dirección del fallo puede indicarse en este sentido como "hacia adelante", "hacia atrás" o "adireccional", visto en cada caso desde el punto de medición. Una dirección adireccional no permite fijar de manera concreta ningún fallo hacia adelante o hacia atrás.
Además, también puede estar previsto que la señal de error indique como tipo de fallo el bucle defectuoso.
Los criterios de protección, que son adecuados para detectar el tipo de fallo "bucle defectuoso", son por ejemplo los que se exponen a continuación.
- Criterio de nivel de corriente: Este criterio de protección se basa en la suposición de que, en caso de un fallo, la corriente en el bucle defectuoso sube. A este respecto, por ejemplo, la relación de valor efectivo de corriente y corriente nominal ofrece información sobre el bucle defectuoso.
- Criterio de nivel de tensión: Este criterio de protección se basa en la suposición de que, en caso de un fallo, la tensión en los bucles defectuosos se hunde. A este respecto, por ejemplo, la relación de valor efectivo de tensión y tensión nominal ofrece información sobre el bucle defectuoso.
- criterio de nivel de corriente delta: En este criterio de protección se consultan las así llamadas "magnitudes delta" de las corrientes. Las magnitudes delta grandes indican variaciones bruscas de tensión significativas en la evolución de la corriente para el bucle observado y con ello un posible fallo. Pueden formarse, por ejemplo, las siguientes magnitudes delta: diferencia del valor efectivo actual de la corriente y un valor efectivo de la corriente almacenado precedente en el tiempo (por ejemplo un periodo); Diferencia del valor momentáneo actual de la corriente y el valor momentáneo de la corriente almacenado anterior a un periodo nominal; Diferencia de valores indicadores momentáneos de la corriente y un valor indicador almacenado de la corriente. El nivel de las magnitudes delta calculadas en cada caso ofrece información sobre el bucle defectuoso.
- criterio de nivel de tensión delta: En este criterio de protección se consultan las magnitudes delta de las tensiones. Las magnitudes delta grandes indican variaciones bruscas de tensión significativas en la evolución de la tensión para el bucle observado y con ello un posible fallo. Pueden formarse, por ejemplo, las siguientes magnitudes delta: Diferencia del valor efectivo actual de la tensión y un valor efectivo de la tensión almacenado precedente en el tiempo (por ejemplo un periodo); Diferencia del valor momentáneo actual de la tensión y el valor momentáneo de la tensión almacenado anterior a un periodo nominal; Diferencia de valores indicadores momentáneos de la tensión y un valor indicador almacenado de la tensión. El nivel de las magnitudes delta calculadas ofrece información sobre el bucle defectuoso.
- Criterio de impedancia: Este criterio de protección calcula impedancias para todos bucles erróneos. A este respecto la relación del valor de impedancia más bajo y la impedancia de bucle calculada en cada caso ofrece información sobre el bucle defectuoso.
- Criterio de componente simétrico: Este criterio de protección se basa en los componentes simétricos. La relación entre indicadores de sistema homopolar, de sistema de secuencia inversa y de sistema de secuencia directa de corriente o tensión ofrece información sobre el bucle defectuoso.
- Detección de variación brusca de tensión: Este criterio de protección es un criterio lógico, que tiene variaciones bruscas de corriente y tensión como magnitudes de entrada. Mediante una combinación lógica de las variaciones bruscas de corriente y tensión presentes se deduce el bucle defectuoso.
En el caso del tipo de fallo "bucle defectuoso" la evaluación de los criterios de protección para un bucle determinado - dado el caso mediante comparación adicional con las evaluaciones del resto de los bucles - arroja directamente el tipo de fallo, concretamente una decisión sobre, si el bucle en cuestión está afectado por un fallo o no. Una subdivisión adicional del tipo de fallo como en la dirección de fallo no es necesaria en este caso.
Una forma de realización ventajosa adicional del procedimiento de acuerdo con la invención prevé además que se genere una primera señal de error, que como tipo de fallo indica la dirección de un fallo, se genera una segunda señal de error, que indica como tipo de fallo el bucle defectuoso, y se genere una señal de error global al tener en cuenta la primera y la segunda señal de error.
En esta forma de realización se aplica el procedimiento de acuerdo con la invención que se ha descrito anteriormente, o una de sus formas de realización una vez para la formación de una señal de error con respecto a la dirección de un fallo y una vez para la formación de una señal de error con respecto a la detección de un bucle defectuoso. Mediante la combinación de ambas señales de error puede generarse una señal de error global, que, por un lado, indica el bucle defectuoso y por otro lado la dirección, en la que el fallo se sitúa en este bucle.
En este contexto de acuerdo con una forma de realización ventajosa adicional del procedimiento de acuerdo con la invención puede estar previsto que mediante el equipo de evaluación también se verifique si se presenta un fallo en una zona de protección de la red de suministro de energía monitorizada directamente por el equipo de protección y se genera una señal de zona de fallo, cuando se presenta un fallo en la zona de protección, y la señal de error global se genera también al tener en cuenta la señal de zona de fallo.
De este modo también la decisión sobre si el fallo en realidad está situado en la zona de protección del equipo de protección (fallo interno), o está situado fuera de la zona de protección del equipo de protección (fallo externo), puede incluirse en la formación de la señal de error global. La detección de la zona de protección puede realizarse por ejemplo mediante el procedimiento de protección de distancia descrito al principio empleando la impedancia averiguada a partir de corriente y tensión para el punto de medición. Mediante la observación de los tres puntos de vista, de la zona de protección afectada en conexión con los tipos de fallo averiguados con respecto a la dirección y bucle afectado, el fallo puede detectarse selectivamente y desconectarse.
El objetivo se resuelve también mediante un equipo de protección para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica con un equipo de recopilación de valores de medición para recopilar valores de medición registrados en al menos un punto de medición en la red de suministro de energía, que describen un estado de funcionamiento actual de la red de suministro de energía, y un equipo de evaluación, que está preparado para evaluar, empleando los valores de medición, cada posible bucle de la red de suministro de energía, que puede estar afectado por un fallo, en cuanto a la detección del tipo de fallo de un fallo y en la presencia de un fallo generar la señal de error.
De acuerdo con la invención está previsto que el equipo de evaluación esté preparado para ejecutar un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12.
En cuanto al equipo de protección de acuerdo con la invención se aplican todas las realizaciones realizadas anteriormente y a continuación en relación con el procedimiento de acuerdo con la invención y a la inversa de manera correspondiente, en particular, el equipo de protección de acuerdo con la invención está configurado para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención en cada forma de realización discrecional o una combinación de formas de realización discrecionales. También en cuanto a las ventajas del equipo de protección de acuerdo con la invención se remite a las ventajas descritas con respecto al procedimiento de acuerdo con la invención.
La invención se explica con más detalle a continuación mediante un ejemplo de realización. La configuración específica del ejemplo de realización no debe entenderse de ningún modo como una restricción para la configuración general del procedimiento de acuerdo con la invención y del de acuerdo con la invención equipo de protección; más bien las características de diseño individuales del ejemplo de realización pueden combinarse de manera discrecional libremente entre sí y con las características descritas previamente.
Muestran
figura 1 una vista esquemática de una parte de una red de suministro de energía eléctrica monitorizada por un equipo de protección;
figura 2 un diagrama funcional de bloques esquemático para explicar un procedimiento para generar una señal de error que indica el
tipo de fallo de un fallo;
figuras 3, 4 diagramas para explicar el uso de factores de ponderación;
figuras 5-8 diagramas para explicar la averiguación de valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección para el tipo de fallo "bucle defectuoso";
figuras 9-11 evoluciones de valores de medición y diagramas para explicar la generación de una señal de error para el tipo de fallo "bucle defectuoso";
figura 12 un diagrama funcional de bloques esquemático para explicar la generación de una señal de error para el tipo de fallo "dirección de fallo";
figuras 13-16 diagramas para explicar la averiguación de valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección para el tipo de fallo "dirección de fallo"; y
figura 17 un diagrama funcional de bloques esquemático para explicar la generación de una señal de error global que tiene en cuenta señales de error individuales.
La figura 1 muestra en vista esquemática una fuente de alimentación de una red de suministro de energía eléctrica por lo demás no representada en detalle. La fuente de alimentación 10 representada es a modo de ejemplo una línea de suministro de energía, que puede estar realizada por ejemplo como línea aérea o como cable subterráneo. En un punto de medición 11 mediante transductores solo indicados esquemáticamente se recopilan valores de medición, que indican el estado de la red de suministro de energía en el punto de medición 11. Los valores de medición pueden ser, por ejemplo, corrientes eléctricas y/o tensiones. Los valores de medición registrados se alimentan a un equipo de protección 12, que, por ejemplo, es un aparato de protección de distancia, y allí se recopilan mediante un equipo de recopilación de valores de medición 13. En el equipo de recopilación de valores de medición tiene lugar una procesamiento previo, por ejemplo transformación A/D, filtrado, cálculo de valores derivados (valores promedio, valores RMS, valores efectivos, valores de indicador, componentes simétricos, impedancias, potencias etc.). Los valores de medición procesados previamente, y dado el caso, los valores derivados se transfieren a un equipo de evaluación 14, que en cuanto a los valores de medición y valores derivados transferidos lleva a cabo una evaluación sobre fallos posiblemente presentes en una zona de protección del equipo de protección 12. A este respecto, por ejemplo, puede llevarse a cabo un algoritmo de protección de distancia conocido de por sí, con el que empleando una impedancia compleja calculada a partir de indicadores de corriente e indicadores de tensión se deduce la presencia de fallos. A este respecto, por un lado ha de determinarse, si el fallo se sitúa dentro o fuera de una zona de protección monitorizada del equipo de protección. Solo en caso de fallos situados dentro de la zona de protección el equipo de protección mismo es responsable de manera prioritaria de la explicación de fallos. La decisión sobre si el fallo se presenta dentro de la zona de protección, en el caso de un aparato de protección de distancia se toma habitualmente mediante la posición del valor de impedancia en el plano de impedancia complejo. Por otro lado deben averiguarse tipos de fallo del fallo, en particular la dirección (dirección hacia adelante V; dirección hacia atrás R), en la que se sitúa el fallo visto desde el punto de medición, y el bucle (L1E, L2E, L3E, L12, L23, L34, L123) afectado por el fallo. Cuando el equipo de protección 12 mediante todas las informaciones necesarias constata un fallo situado dentro de la zona de protección en la dirección hacia adelante y en un bucle determinado, así puede inducir a un disyuntor 15 a abrir selectivamente mediante una señal de disparo A los contactos de conmutación, que separan los conductores defectuoso del resto de la red de suministro de energía.
El equipo de recopilación de valores de medición 13 y el equipo de evaluación 14 no necesitan estar realizados como equipos separados, sino que pueden formar también un equipo integrado. Las funciones del equipo de recopilación de valores de medición 13 y del equipo de evaluación 14 pueden fijarse mediante programación determinada por hardware (por ejemplo ASIC, f PgA), mediante programación determinada por software de un procesador (por ejemplo microprocesador, CPU, procesador de señal digital (DSP)) o una combinación de estos.
La figura 2 muestra a modo de ejemplo en forma de un diagrama funcional de bloques una función ejecutada por el equipo de evaluación 14 para averiguar un tipo de fallo de un fallo y para la generación de una señal de error F que indica el tipo de fallo averiguar. La detección del tipo de fallo se lleva a cabo para todos bucles posibles, en los cuales puede aparecer un fallo, es decir, L1E, L2E, L3E, L12, L23, L31, L123. Las siguientes explicaciones se refieren en primer lugar al posible bucle L1E.
Al contrario que en los planteamientos anteriores, para averiguar el tipo de fallo de un fallo de acuerdo con el diagrama funcional de bloques mostrado en la figura 2 se evalúan criterios de protección S1, S2, ... Sn diferentes en paralelo. Más adelante se tratarán ejemplos de criterios de protección individuales. Cada criterio de protección es adecuado en sí de manera autónoma, para llegar a una conclusión sobre el tipo de fallo de un fallo presente, pero emplea para ello diferentes magnitudes de entrada (valores de medición o valores derivados) y/o algoritmos. Los resultados de las evaluaciones de los diferentes criterios de protección S1...Sn se emiten en forma de valores de probabilidad Wk-1...W* n específicos de cada criterio de protección, que indican en cada caso, con qué probabilidad de acuerdo con el criterio de protección evaluado se presenta el tipo de fallo. A continuación tiene lugar una multiplicación de los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección con factores de ponderación G1...Gn adecuados, para efectuar una priorización de los criterios de protección S1...Sn individuales. De este modo a los resultados de criterios de protección individuales puede otorgarse de manera encauzada un peso más mayor que los resultados de otros criterios de protección. A no ser que no vaya a realizarse ninguna priorización, puede renunciarse también a la ponderación o pueden emplearse factores de ponderación G1...Gn idénticos para todos criterios de protección. En general es apropiado, seleccionar los factores de ponderación de modo que su suma arroje 1; sin embargo también es posible una selección de otros factores de ponderación.
Los valores de probabilidad W k1...W k-n específicos de cada criterio de protección ponderados se alimentan a continuación a un bloque de adición 20, que determina la suma de los valores de probabilidad W k-1...W*n específicos de cada criterio de protección individuales al formarse un resultado global en forma de un valor de probabilidad W s (L1E) específico de cada bucle, que indica, con qué probabilidad para el bucle observado se presenta el tipo de fallo.
El modo de proceder explicado a modo de ejemplo para el bucle L1E tiene lugar también para todos los otros bucles posibles, en los cuales puede aparecer un fallo, es decir también para los bucles L2E, L3E, L12, L23, L31, L123, como se indica en la figura 2 mediante el esquema funcional de bloques. Para cada bucle se averigua y se emite de la manera descrita un valor de probabilidad W s (L1E)...Ws (L123) específico de cada bucle. En un bloque de combinación 21 subsiguiente se reúnen y se evalúan los valores de probabilidad específicos de cada bucle respectivos. Al tener en cuenta todos los valores de probabilidad W s (L1E)...Ws (L123) específicos de cada bucle se forma finalmente la señal de error F que indica el tipo de fallo. La señal de error generada F indica el tipo de fallo averiguado al tener en cuenta todos los valores de probabilidad específicos de cada bucle (y con ello también al tener en cuenta de todos los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección de todos los bucles), para que al tener en cuenta esta señal de error pueda generarse una posible señal de disparo A para un interruptor.
A no ser que para la aplicación de un criterio de protección Sl...Sn determinado no estén presentes los valores de medición y/o valores derivados necesarios, es posible, extraer el criterio de protección en cuestión temporalmente de la evaluación. La ausencia de valores de medición y/o valores derivados puede provocarse por ejemplo debido a valores almacenados (todavía) no presentes o debido a una recopilación de valores de medición errónea o a la ausencia en general de canales de medición. La verificación a este respecto tiene lugar en los bloques V1...Vn de verificación de condiciones previas antepuestos a los criterios de protección S1...Sn. Siempre y cuando en un bloque de verificación de condición previa V1...Vn se constate que los valores de medición y/o valores derivados necesarios para la ejecución del criterio de protección no están presentes, este se desactiva temporalmente, hasta que se presentan de nuevo los valores de medición necesarios y/o valores derivados. Además los factores de ponderación G1...Gn de los criterios de protección realmente empleados pueden adaptarse de tal modo que su suma también sin tener en cuenta del factor de ponderación del criterio de protección desactivado arroja de nuevo 1. Esto se explica a modo de ejemplo en las figuras 3 y 4. En este caso se representa en forma de diagrama los factores de ponderación para cinco criterios de protección S1...S5 a modo de ejemplo en la evaluación de todos los criterios de protección (figura 3) y después de la desactivación del criterio de protección S3 (figura 4) debido a la ausencia de valores de medición y/o valores derivados necesarios para ello. Los valores de los factores de ponderación están indicados en cada caso en el diagrama. En el caso normal cuando se usan todos los criterios de protección todos los factores de ponderación poseen valores mayores de cero. En el caso de que no se aplique un criterio de protección (en este caso S3), su factor de ponderación se pone a 0 %, el resto de los factores de ponderación se reparten entre sí el valor del factor de ponderación (en este caso 20 %) que queda fuera de acuerdo con su ponderación, de modo que la suma de todos los factores de ponderación que quedan arroja de nuevo uno. Mediante la adaptación de los factores de ponderación se logra que un criterio desactivado no influya en el resultado global.
Los factores de ponderación o pueden estar predeterminados de manera fija y derivarse por ejemplo de valores empíricos, realizados con configuraciones de red similares. Sin embargo, los factores de ponderación pueden seleccionarse también dependiendo de la configuración de red específica respectiva o incluso adaptarse dinámicamente a condiciones de red variables, por ejemplo alimentación intensa/débil, situación de carga, modificaciones de la topología de red.
A continuación se explica con más detalle el modo de proceder representado en la figura 2 en el ejemplo del tipo de fallo ' 'bucle defectuoso". En este caso los criterios de protección S1...Sn individuales son adecuados en cada caso de por sí para constatar si el bucle observado está afectado por un fallo o no. Inicialmente se representa a este respecto el modo de proceder para el posible bucle S1.
Por ejemplo el primer criterio de protección S1 puede ser un criterio de nivel de corriente y observar el nivel de la corriente I medida actualmente (como valor efectivo referido a la corriente nominal I n ). Una corriente alta indica un fallo que afecta al bucle verificado. En la figura 5 se representa a modo de ejemplo un diagrama con una curva característica 51. En este caso se muestra cómo el primer criterio de protección S1 a partir del nivel de la corriente I/I-N- averigua el nivel de un valor de probabilidad W k 1 específico de cada criterio de protección. Se distingue que con corriente I/I-n- creciente la probabilidad de que el bucle en cuestión participe en un fallo, aumenta asimismo, hasta que en caso de un nivel significativo de la corriente (en este caso en I aproximadamente 3*In ) se sitúa en 1. El valor de probabilidad W k 1 específico de cada criterio de protección averiguado en el diagrama de acuerdo con la curva característica 51 se emite desde el bloque S1 (compárese figura 2), se multiplica con el factor de ponderación G1 y se alimenta al bloque de adición 20.
El segundo criterio de protección S2 puede ser, por ejemplo, un criterio de nivel de tensión y puede observar el nivel de la tensión U medida actualmente (como valor efectivo referido a la tensión nominal U n ). Una tensión baja indica un fallo que afecta al bucle verificado. En la figura 6 se representa a modo de ejemplo un diagrama con una curva característica 61. En este caso se muestra cómo el segundo criterio de protección s2 a partir del nivel de la tensión U/U n - averigua el nivel del valor de probabilidad W k 2 específico de cada criterio de protección. Se distingue que con tensión U/U n ' decreciente la probabilidad de que el bucle en cuestión participe en un fallo, aumenta, hasta que en caso de una tensión muy pequeña se sitúa finalmente en 1. El valor de probabilidad W k 2 específico de cada criterio de protección averiguado en el diagrama de acuerdo con la curva característica 61 se emite desde el bloque S2, se multiplica con el factor de ponderación G2 y se alimenta al bloque de adición 20.
Como un tercer criterio de protección S3 (no representado en la figura 2) puede emplearse por ejemplo un criterio de nivel de tensión delta. En este criterio de protección se consultan las magnitudes delta de las tensiones. Las magnitudes delta grandes indican variaciones bruscas de tensión significativas en la evolución de la tensión para el bucle observado y con ello un posible fallo. La tensión delta AU se refiere en este sentido a la tensión nominal U n -. La figura 7 muestra para ello un diagrama con una curva característica 71. En este caso se muestra cómo el tercer criterio de protección S3 se averigua a partir del nivel de la tensión delta AU/U-n - el nivel del valor de probabilidad W k 3 específico de cada criterio de protección. Se distingue que con tensión delta AU/U-n - creciente a probabilidad de que el bucle en cuestión participe en un fallo, aumenta, hasta que se sitúa finalmente en 1. El valor de probabilidad W k 3 específico de cada criterio de protección averiguado en correspondencia con la curva característica 71 en el diagrama se multiplica por un factor de ponderación G3 (no representado en la figura 2) y se alimenta al bloque de adición 20.
Como criterio de protección Sn finalmente puede emplearse, por ejemplo, un criterio de componente simétrico. Este criterio de protección se basa en los componentes simétricos, en el que se observa la relación entre indicadores de sistema homopolar, de secuencia inversa y de secuencia directa de corriente o tensión. La figura 8 muestra a modo de ejemplo un diagrama, en el que puede trazarse la relación de magnitudes de indicador de la corriente de sistema homopolar y de la corriente de sistema de secuencia inversa. Se distingue esencialmente tres zonas 81,82 y 83, en las que con el criterio de componente simétrico en cada caso para bucles seleccionados en cada caso con una probabilidad de 1 puede determinarse la presencia de un fallo. A los límites de las zonas 81-83 respectivas se unen zonas de transición 81a,b, 82a,b, 83a,b, en las que la probabilidad para una participación en el fallo del bucle respectivo cae de 1 a 0. En las zonas 84 intermedias el criterio de componente simétrico averigua en cada caso una probabilidad de 0 para el bucle observado en cada caso, en este caso con el criterio de componente simétrico por lo tanto no puede realizarse ninguna selección clara. Esto muestra nuevamente la importancia del hecho de que en la evaluación en cuanto al tipo de fallo se incluyan varios criterios de protección, y se tenga en cuenta los resultados de las evaluaciones de todos los criterios de protección en la averiguación del tipo de fallo.
Para el caso representado en la figura 8 de que el indicador 80 que indica la relación de corriente de sistema homopolar 10 y corriente de sistema de secuencia inversa I-2- caiga a la zona 81, puede constatarse que para los posibles bucles L1E y L23 (con participación de tierra) se otorgue en cada caso el valor de probabilidad específico de cada criterio de protección de 1. El valor de probabilidad específico de cada criterio de protección W k-n se multiplica por un factor de ponderación Gn y se alimenta al bloque de adición 20.
Otros criterios de protección posibles pueden ser, por ejemplo, un criterio de nivel de corriente delta, un criterio de impedancia o un criterio de detección de variación brusca de tensión. También naturalmente es posible el uso de otros criterios de protección adecuados, de modo que el equipo de protección mediante selección de los criterios de protección adecuados puede adaptarse siempre a las condiciones predeterminadas por la topología y configuración de la red de suministro de energía monitorizadas.
Los valores de probabilidad W k1...W k-n específicos de cada criterio de protección ponderados se alimentan, como ya se ha explicado anteriormente se alimenta al bloque de adición 20, que mediante adición forma el valor de probabilidad W s (L1E) específicos de cada bucle para el bucle L1E.
De manera correspondiente, para los otros bucles se forman valores de probabilidad específicos de cada bucle W s (L2E)...Ws (L123), aplicando los mismos u otros criterios de protección adecuados. Todos los valores de probabilidad W s (L1 E)...Ws (L123) específicos de cada bucle se evalúan en el bloque de combinación 21, y se tiene en cuenta en la generación de la señal de error F que indica el tipo de fallo "bucle defectuoso". Para ello el bloque de combinación puede seleccionar, por ejemplo, aquel bucle que contiene un fallo, que presenta el mayor valor de probabilidad específico de cada bucle. Para ofrecer una seguridad suficiente en caso de disparos erróneos, puede estar previsto además que una señal de error F solo se genere entonces, cuando el mayor valor de probabilidad específico de cada bucle supere un valor umbral de detección de fallos. Este valor umbral o bien puede estar determinado de manera fija o adaptarse a los valores de probabilidad específicos de cada bucle respectivos (por ejemplo nivel relativo de un valor de probabilidad específico de cada bucle en comparación con todos los otros valores de probabilidad específicos de cada bucle, Distancia del mayor valor de probabilidad específicos de cada bucle con respecto al segundo valor de probabilidad mayor específico de cada bucle etc.).
La señal de error generada F indica el tipo de fallo averiguado al tener en cuenta todos los valores de probabilidad específicos de cada bucle (y con ello también al tener en cuenta todos los valores de probabilidad de todos los bucles específicos de cada criterio de protección). En el caso del tipo de fallo "bucle defectuoso" la señal de error indica por consiguiente el bucle afectado por el fallo, para que al tener en cuenta esta señal de error pueda generarse una posible señal de disparo A para un interruptor.
Las figuras 9-11 muestran diagramas para diferentes casos de fallo, en los que, aplicando el procedimiento anteriormente descrito se averigua un bucle defectuoso.
En la figura 9 están representadas evoluciones típicas en el tiempo de las corrientes (diagrama 91) y tensiones (diagrama 92) durante un fallo monopolar (L1E). El diagrama 96 muestra la evolución de los valores de probabilidad específicos de cada bucle W s para todos los bucles posibles. La corriente en la fase defectuosa sube (punto 93 en el diagrama 91). Por el contrario, la tensión de la fase defectuosa se hunde (punto 94 en el diagrama 92). Aplicando los distintos criterios de protección (por ejemplo criterio de nivel de corriente, criterio de nivel de tensión, criterio de nivel de corriente delta, criterio de nivel de tensión delta, criterio de impedancia etc.) pueden determinarse valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección para los posibles bucles individuales, a partir de los cuales a su vez se averigua un valor de probabilidad respectivo específico de cada bucle. El algoritmo para la detección del tipo de fallo "bucle defectuoso" reacciona de manera rápida, y al tener en cuenta de todos los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección, averigua en poco tiempo el bucle defectuoso L1E (punto 95 en el diagrama 96), que presenta un valor de probabilidad específico de cada bucle de por encima de 85 %. Los otros bucles se sitúan generalmente por debajo de 10 %.
En la figura 10 están representadas evoluciones típicas en el tiempo de las corrientes (diagrama 101) y tensiones (diagrama 102) durante un fallo bipolar con participación de tierra (L23 con participación de tierra con participación de tierra). El diagrama 106 muestra la evolución de los valores de probabilidad específicos de cada bucle W s para todos los bucles posibles. Cuando se produce un fallo la corriente en las fases afectadas (punto 103 en el diagrama 101) sube, mientras que la tensión de las fases afectadas desciende (punto 104 en el diagrama 102). Aplicando los distintos criterios de protección pueden determinarse valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección para los posibles bucles individuales, a partir de los cuales a su vez se averigua un valor de probabilidad respectivo específico de cada bucle. También en este caso el algoritmo para la detección del tipo de fallo "bucle defectuoso" reacciona de manera rápida y segura. Se averiguan tres bucles (L23, L2E, L3E) con valores de probabilidad específicos de cada bucle con una calidad por encima del 75 % (punto 105 en el diagrama 106), lo que en este tipo de fallo es la reacción correcta.
En la figura 11 están representadas evoluciones típicas en el tiempo de las corrientes (diagrama 111) y tensiones (diagrama 112) durante un fallo tripolar (L123). El diagrama 116 muestra la evolución de los valores de probabilidad específicos de cada bucle W s para todos los bucles posibles. En este caso para el bucle L123 tripolar se calcula un valor de probabilidad W s (L123) específico de cada bucle elevado. Dado que se trata de un fallo tripolar, también los valores de probabilidad específicos de cada bucle de los bucles W s (L12), W s (L23), W s (L31) bipolares son relativamente altos. En cambio, los bucles monopolares se evalúan más bajos.
El diagrama funcional de bloques mostrado en la figura 2 muestra en general el modo de proceder en la generación de una señal de error que indica un tipo de fallo. Sin embargo, para el tipo de fallo "dirección de fallo" debe tenerse en cuenta la peculiaridad de que el criterio de protección respectivo pueda proporcionar en global tres resultados (probabilidad para hacia adelante, hacia atrás, adireccional), mientras que en el tipo de fallo "bucle defectuoso" se determina en cada caso solo un resultado (probabilidad para fallos en el bucle en cuestión). Por lo tanto al añadir la figura 12, que muestra el caso excepcional de la figura 2 para el tipo de fallo "dirección de fallo", va a explicarse la generación de una señal de error que indica la dirección de fallo de un fallo. Sin embargo, las realizaciones realizadas en relación con la figura 2 se aplican también para el tipo de fallo "dirección de fallo", por lo tanto, a continuación, en la descripción de la figura 12, se muestran esencialmente las particularidades de la averiguación de este tipo de fallo.
La figura 12 muestra a modo de ejemplo en forma de un diagrama funcional de bloques que se apoya en la representación de la figura 2 una función ejecutada por el equipo de evaluación 14 (compárese figura 1) para averiguar el tipo de fallo "dirección de fallo" de un fallo y para generar una señal de error F que indica el tipo de fallo averiguado. La detección del tipo de fallo se lleva a cabo para todos bucles posibles, en los cuales puede aparecer un fallo, es decir, L1E, L2E, L3E, L12, L23, L31, L123. Las siguientes explicaciones se refieren en primer lugar al posible bucle L1E.
Para averiguar el tipo de fallo "dirección de fallo" de un fallo también de acuerdo con el diagrama funcional de bloques mostrado en la figura 12 se evalúan varios criterios de protección S1, S2, ... Sn diferentes en paralelo. Cada criterio de protección es adecuado en sí de manera autónoma, para llegar a una conclusión sobre el tipo de fallo "dirección de fallo" de un fallo presente, pero emplea para ello diferentes magnitudes de entrada (valores de medición o valores derivados) y/o algoritmos. Los resultados de las evaluaciones de los diferentes criterios de protección SL...Sn se emiten en forma de valores de probabilidad específicos W k-1...W*n de cada criterio de protección, que indican en cada caso, con qué probabilidad de acuerdo con el criterio de protección evaluado se presenta el tipo de fallo. En este sentido cabe tener en cuenta la peculiaridad de que cada criterio de protección S1...Sn debido a posibles direcciones erróneas
v: "hacia adelante",
r: "hacia atrás",
u: "adireccional" (adireccional significa que la dirección de fallo no puede determinarse de manera clara)
puede emitir en cada caso hasta tres resultados diferentes. En este sentido por ejemplo puede estar previsto que los criterios de protección Sl...Sn se decidan para uno de los resultados, y por consiguiente, solo emitan un único valor de probabilidad específico de cada criterio de protección. Por ejemplo el criterio de protección S1 podría emitir en este caso un único valor de probabilidad W k 1_v específico de cada criterio de protección para la dirección hacia adelante, mientras que no se emite ningún valor de probabilidad W k 1_r y W k 1_u específico de cada criterio de protección para la dirección hacia atrás o el caso adireccional.
Sin embargo, como alternativa puede estar previsto también que los criterios de protección emitan para cada uno de los tres casos un valor de probabilidad específico de cada criterio de protección. La suma de estos valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección debería ascender en este caso preferentemente a 1, pudiendo ser uno o dos de los valores también 0. Mediante la indicación de hasta tres valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección pueden indicarse también casos límite, en los que no puede decidirse claramente entre direcciones individuales o una dirección y un caso adireccional, de manera transparente, e intervienen en la formación de la señal de error.
Por consiguiente cada criterio de protección Sl...Sn emite hasta tres valores de probabilidad W k1_v...Wk-n_v, W k r...Wk n_r y W k _u...Wk n_u específicos de cada criterio de protección. A continuación tiene lugar de nuevo una multiplicación d los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección con factores de ponderación Gl...Gn adecuados, para efectuar una priorización de los criterios de protección Sl...Sn individuales. Para detalles sobre factores de ponderación Gl...Gn se remite a las realizaciones sobre la figura 2.
Los valores de probabilidad W*1_v...W k n_v, W k_r...W k n_r y W k _u...Wk n_u específicos de cada criterio de protección ponderados se alimentan a continuación a un bloque de adición 20a-c en cada caso para la dirección de fallo respectiva, donde en cada caso la suma de los valores de probabilidad individuales W*1_v...W k n_v, W k _r...W k-n_r y W k _u...Wk n_u específicos de cada criterio de protección para la dirección de fallo respectiva se determina al formarse un resultado global en cada caso en forma de un valor de probabilidad específico de cada bucle en cada caso para la dirección de fallo W k (L1E)_v, W k (L1E)_r, W k (LlE)_u respectiva. El valor de probabilidad específico de cada bucle respectivo indica, con qué probabilidad para el bucle observado se presenta la dirección de fallo respectiva.
El modo de proceder explicado a modo de ejemplo para el bucle L1E tiene lugar, como ya se ha descrito en relación con la figura 2, también para todos los otros bucles posibles, en los cuales puede aparecer un fallo. Para cada bucle se averigua y se emite de la manera descrita un valor de probabilidad W s (L1E)...Ws (L123) específico de cada bucle V, W s (L1E)_v...Ws (L123)_r, W s (L1E)_v...Ws (L123)_u en cada caso. En el bloque de combinación 21 subsiguiente se reúnen y se evalúan los valores de probabilidad específicos de cada bucle respectivos. Teniendo en cuenta todos los valores de probabilidad W s (L1E)_v...Ws (L123)_v, W s (L1E)_v...Ws (L123)_r, W s (L1E)_v...Ws (L123)_u específicos de cada bucle se forma finalmente la señal de error F que indica la dirección de fallo. La señal de error generada F indica el tipo de fallo averiguado al tener en cuenta todos los valores de probabilidad específicos de cada bucle (y con ello también al tener en cuenta de todos los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección de todos los bucles), para que al tener en cuenta esta señal de error pueda generarse una posible señal de disparo A para un interruptor.
En el tipo de fallo "dirección de fallo" la formación de la señal de error puede realizarse o sola mediante los valores de probabilidad específicos de cada bucle que se presentan para el tipo de fallo "dirección de fallo". A este respecto puede seleccionarse por ejemplo un valor de probabilidad especifico de cada bucle con un valor significativamente alto, que en comparación con los otros valores de probabilidad específicos de cada bucle indica de manera inequívoca para un bucle determinado una dirección de fallo determinada, para formar la señal de error. Sin embargo, la señal de error para el tipo de fallo "dirección de fallo" puede trabajar también en combinación con otro algoritmo 120, que averigua el tipo de fallo "bucle defectuoso". De este algoritmo el bloque de combinación 21 recibe una información sobre el bucle defectuoso y la tiene en cuenta adicionalmente en la formación de la señal de error, de modo que para el bucle defectuoso indicado mediante la información del algoritmo 120 se comparan entre si los valores de probabilidad específicos de cada bucle pertenecientes al bucle en cuestión para el tipo de fallo "dirección de fallo". La dirección de fallo, que se indica mediante el valor de probabilidad específico de cada bucle con el valor más alto, se selecciona como dirección de fallo real para el bucle en cuestión y se emplea para la formación de la señal de error F. El algoritmo 120 para averiguar el tipo de fallo "bucle defectuoso" puede funcionar por ejemplo como se ha descrito anteriormente con relación a la figura 2; pero puede implementarse también de otro modo.
Para ofrecer una seguridad suficiente en caso de disparos erróneos, puede estar previsto de nuevo que la señal de error F solo se genere, cuando el mayor valor de probabilidad específico de cada bucle supere un valor umbral de detección de fallos. Este valor umbral o puede estar determinado de manera fija o adaptarse a los valores de probabilidad específicos de cada bucle respectivos.
A no ser que para la aplicación de un criterio de protección Sl...Sn determinado no estén presentes los valores de medición y/o valores derivados necesarios, es posible también en la averiguación del tipo de fallo "dirección de fallo", extraer el criterio de protección en cuestión temporalmente de la evaluación. La verificación a este respecto tiene lugar de nuevo en los bloques VI...Vn de verificación de condiciones previas antepuestos a los criterios de protección SI...Sn. Siempre y cuando en un bloque de verificación de condición previa V1...Vn se constate que los valores de medición y/o valores derivados necesarios para la ejecución del criterio de protección no están presentes, este se desactiva temporalmente, hasta que se presentan de nuevo los valores de medición necesarios y/o valores derivados. Además, pueden adaptarse de nuevo los factores de ponderación Gl...Gn de los criterios de protección empleados realmente (véase las realizaciones con respecto a la figura 2).
Por ejemplo, el primer criterio de protección S1 puede emplear para la averiguación de la dirección de fallo la tensión actual que puede provocar cortocircuito. Este criterio de protección determina la relación entre el indicador de tensión actual y el indicador de corriente actual (véase la figura 13). El ángulo calculado 9 entre los dos indicadores ofrece información sobre la dirección de fallo; en el presente caso puede detectarse una dirección hacia adelante. En la figura 14 se representa a modo de ejemplo un diagrama con una curva característica 141. En este caso se muestra cómo el primer criterio de protección S1 averigua a partir del nivel de la tensión U/ü n- el nivel de un valor de probabilidad W<1 específico de cada criterio de protección para la dirección de fallo respectiva detectada a partir del ángulo (compárese diagrama 13). Se distingue que con tensión U/Un- ascendente la probabilidad, con la que se presenta la dirección de fallo derivada del ángulo para el bucle verificado, aumenta asimismo. El valor de probabilidad W-i<-1 específico de cada criterio de protección averiguado en correspondencia con la curva característica 141 en el diagrama para la dirección de fallo respectiva se emite desde el bloque S1 (compárese figura 12), se multiplica con el factor de ponderación G1 y los bloques de adición 20a-c.
Como segundo criterio de protección S2 para averiguar el tipo de fallo "dirección de fallo" puede emplearse por ejemplo un criterio de componente simétrico. La determinación de dirección se basa en los componentes simétricos. En la determinación de dirección con magnitudes de sistema homopolar se determina el ángulo 9 entre los indicadores de tensión y de corriente del sistema homopolar (véase la figura 15). El ángulo calculado ofrece información sobre la dirección de fallo; en el presente caso resulta una dirección hacia adelante. El procedimiento funciona solo en caso de errores con participación de tierra. La figura 16 muestra a modo de ejemplo un diagrama con un campo de línea característica 161 para distintas corrientes de sistema homopolar, que, dependiendo de la tensión de sistema homopolar hace posible una averiguación del valor de probabilidad W-<- específico de cada criterio de protección correspondiente para la dirección de fallo detectada mediante el ángulo. El valor de probabilidad W<1 específico de cada criterio de protección averiguado en correspondencia con el campo de línea característica 161 en el diagrama, para la dirección de fallo respectiva detectada en correspondencia con el ángulo (véase figura 15) se emite desde el bloque S2, se multiplica con el factor de ponderación G2 y los bloques de adición 2oa-c.
Otros posibles criterios de protección pueden emplear por ejemplo una tensión almacenada que puede provocar cortocircuito, una tensión actual sana o una tensión almacenada sana; además puede emplearse un criterio de magnitud delta. También naturalmente es posible el uso de otros criterios de protección adecuados, de modo que el equipo de protección mediante selección de los criterios de protección adecuados puede adaptarse siempre a las condiciones predeterminadas por la topología y configuración de la red de suministro de energía monitorizadas.
Los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección ponderados para las direcciones de fallo individuales se alimentan, como ya se ha explicado anteriormente, a los bloques de adición 20a-c, que mediante adición forman el valor de probabilidad específico de cada bucle respectivo para la dirección de fallo respectiva.
La señal de error generada F indica el tipo de fallo "dirección de fallo" averiguado al tener en cuenta todos los valores de probabilidad específicos de cada bucle (y con ello también al tener en cuenta de todos los valores de probabilidad específicos de cada criterio de protección de todos los bucles), para que al tener en cuenta esta señal de error pueda generarse una posible señal de disparo A para un interruptor.
Las señales de error que indican en cada caso los tipos de fallo "bucle defectuoso" y "dirección de fallo" pueden emplearse en cada caso de por sí como señal de error para generar una posible señal de disparo para un disyuntor. Sin embargo, de manera especialmente ventajosa puede generarse también una señal de error global F-g-, que se averigua mediante combinación de las señales de error para los tipos de fallo individuales. Esto se indica en la figura 17. La figura 17 muestra un diagrama funcional de bloques esquemático, en el que mediante un primer algoritmo 171 se genera una primera señal de error F-1-, que indica una dirección de fallo como tipo de fallo. El primer algoritmo 171 puede trabajar, por ejemplo, en correspondencia con las realizaciones realizadas con respecto a las figuras 2 y 12. Mediante un segundo algoritmo 172 se genera una segunda señal de error F-2-, que indica un bucle defectuoso como tipo de fallo. El segundo algoritmo 172 puede trabajar por ejemplo en correspondencia con las realizaciones realizadas con respecto a la figura 2. Tal como se indica mediante la flecha con líneas discontinuas, el segundo algoritmo 172 puede transmitir también una información sobre un bucle defectuoso identificado al primer algoritmo; esta información puede emplearse entonces como se describe en relación con la figura 12 por el algoritmo 171 para la generación de la primera señal de error F -k Teniendo en cuenta ambas señales de error F-1- y F-2- puede generarse una señal de error global F g-, que indica el bucle defectuoso y la dirección de fallo en el bucle en cuestión. Para ello, en el caso de señales de error F-i- y F-2- pueden conectarse entre sí mediante un elemento Y 174.
Además puede estar previsto que mediante un tercer algoritmo 173 se genere una señal de zona de fallo F-3-, cuando se presenta un fallo dentro de una zona de protección monitorizada por el equipo de protección. El tercer algoritmo puede ser por ejemplo un algoritmo de protección de distancia, que empleando indicadores de impedancia detecta si se presenta un fallo en una zona de protección monitorizada por el equipo de protección. Sin embargo el tercer algoritmo puede ser también cualquier otro algoritmo de protección, por ejemplo un algoritmo de protección de sobreintensidad de corriente-tiempo. Toda la señal de error F g- puede generarse entonces también al considerar adicionalmente la señal de zona de fallo F-3-; para ello por ejemplo todas las señales de error F-i-F-3- pueden combinarse entre sí mediante el elemento Y 174.
El modo de proceder descrito tiene lugar para cada bucle, sin embargo, la señal de error global F g- indica finalmente solo el bucle realmente afectado por el fallo en la zona de protección y su dirección de fallo.
Al emplear la señal de error global F-g- puede generarse una señal de disparo para controlar un disyuntor para desconectar el fallo.
Anteriormente se ha descrito un algoritmo, con el que puede generarse ventajosamente de manera especialmente ventajosa una señal de error que indica un tipo de fallo. Una ventaja especial consiste en que, para decidir el tipo de fallo se evalúan en paralelo varios criterios de protección y los resultados de todas las evaluaciones entran en la generación de la señal de error. El algoritmo descrito puede adaptarse de manera muy flexible a nuevas condiciones de red y constelaciones de red. Los criterios de protección, que son importantes en una primera red de suministro de energía, en concreto en el caso de una estructura de red de otra red de suministro de energía no tienen que poseer el mismo significado. Mediante la selección de criterios de protección adecuados el algoritmo puede adaptarse de manera muy flexible a la red de suministro de energía respectiva. Además un desplazamiento de la ponderación de los criterios de protección individuales puede tener lugar dependiendo del diseño de red. Durante la transmisión de energía bidireccional que tiene lugar de manera reforzada en redes de suministro de energía la configuración de red así como la línea de cortocircuito de la red variarán con frecuencia. El algoritmo descrito representa una aplicación de red inteligente orientada al futuro. Garantiza una estabilidad mejorada en la selección de bucle y detección de dirección, que es el fundamento para el funcionamiento correcto de un algoritmo de protección discrecional, por ejemplo de un algoritmo de protección de distancia.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica, en el que
- en al menos un punto de medición (11) en la red de suministro de energía se recopilan valores de medición, que describen un estado de funcionamiento actual de la red de suministro de energía;
- los valores de medición se transfieren a un equipo de protección (12);
- mediante un equipo de evaluación (14) del equipo de protección (12) empleando los valores de medición, cada bucle posible de la red de suministro de energía, que puede estar afectado por un fallo, se evalúa en cuanto a la detección del tipo de fallo de un fallo; y
- en la presencia de un fallo se genera la señal de error, en donde- para cada bucle posible se evalúan los valores de medición y/o valores derivados de los valores de medición empleando al menos dos criterios de protección diferentes, en donde cada uno de los criterios de protección es adecuado para indicar un tipo de fallo de un fallo presente en el bucle evaluado en cada caso; y
- la señal de error se genera teniendo en cuenta todos los resultados presentes de la evaluación de los criterios de protección;
caracterizado por que
- el resultado de la evaluación del criterio de protección respectivo al formarse un resultado ponderado se multiplica por un factor de ponderación;
- para cada posible bucle se combinan todos los resultados ponderados formando un resultado global; el resultado respectivo de la evaluación del criterio de protección respectivo se forma en forma de un valor de probabilidad específico de cada criterio de protección, que indica, con qué probabilidad de acuerdo con el criterio de protección evaluado se presenta un fallo con el tipo de fallo; y
- el resultado global respectivo se forma en forma de un valor de probabilidad específico de cada bucle, que indica, con qué probabilidad en el bucle observado se presenta un fallo con el tipo de fallo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por que
- los criterios de protección se evalúan en paralelo.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por que
- la señal de error se genera al tener en cuenta los resultados globales de todos los bucles evaluados.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
- para cada posible bucle se seleccionan los factores de ponderación para todos los criterios de protección evaluados de modo que su suma arroja 1.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
- el nivel de los factores de ponderación respectiva se selecciona dependiendo de la configuración respectiva de la red de suministro de energía.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
- la señal de error solo se genera, cuando el resultado global de al menos un posible bucle supera un valor umbral de detección de fallos.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
- se evalúa un criterio de protección respectivo solo, cuando se presentan todos los valores de medición y/o valores derivados necesarios para su evaluación.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
- se evalúa un criterio de protección respectivo solo, cuando se presentan todos los valores de medición y/o valores derivados necesarios para su evaluación; y
- el resultado global se forma solo empleando resultados ponderados de tales criterios de protección, que se han evaluado.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
- la señal de error indica como tipo de fallo la dirección de un fallo.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado por que
- la señal de error indica como tipo de fallo el bucle defectuoso.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado por que
- se genera una primera señal de error, que indica como tipo de fallo la dirección de un fallo;
- se genera una segunda señal de error, que indica como tipo de fallo el bucle defectuoso; y
- se genera una señal de error global al tener en cuenta la primera y la segunda señal de error.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado por que
- mediante el equipo de evaluación (14) también se verifica, si se presenta un fallo en una zona de protección de la red de suministro de energía monitorizada directamente por el equipo de protección (12) y se genera una señal de zona de fallo, cuando se presenta un fallo en la zona de protección; y
- la señal de error global se genera también al tener en cuenta la señal de zona de fallo.
13. Equipo de protección (12) para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica, con
- un equipo de recopilación de valores de medición (13) para recopilar valores de medición registrados en al menos un punto de medición en la red de suministro de energía, que describen un estado de funcionamiento actual de la red de suministro de energía; y
- un equipo de evaluación (14), que está preparado para evaluar, empleando los valores de medición, cada posible bucle de la red de suministro de energía, que puede estar afectado por un fallo, en cuanto a la detección del tipo de fallo de un fallo y en la presencia de un fallo generar la señal de error;
caracterizado por que
- el equipo de evaluación (14) está preparado para ejecutar un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12.
ES14815647T 2014-12-12 2014-12-12 Procedimiento y equipo de protección para generar una señal de error que indica un tipo de fallo de un fallo en una red de suministro de energía eléctrica polifásica Active ES2897723T3 (es)

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