ES2922578T3 - Procedimiento para localizar un cortocircuito en una red eléctrica que comprenda al menos una sección de línea - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para localizar un cortocircuito en una red eléctrica que comprende al menos una sección de línea, en particular de un sistema de autotransformación, teniendo dicho método los siguientes pasos: - detectar parámetros específicos de sección de la sección de línea; - derivar al menos una función matemática de los parámetros específicos de la sección de la sección de línea, donde la función matemática representa una reactancia de cortocircuito de la sección de línea como una función de una ubicación dentro de la sección de línea; y - deducir la ubicación del cortocircuito dentro de la sección de línea a partir de la función matemática y un valor de reactancia de cortocircuito determinado con respecto al cortocircuito. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para localizar un cortocircuito en una red eléctrica que comprenda al menos una sección de línea La presente invención hace referencia a un procedimiento para localizar un cortocircuito en una red eléctrica que comprende al menos una sección de línea.

La presente invención también hace referencia a un relé de protección de distancia para la localización de un cortocircuito en una red eléctrica que comprende al menos una sección de línea, en particular, de un sistema de autotransformador.

Para los operadores de una red eléctrica, como las empresas energéticas o las ferroviarias resulta cada vez más importante la localización y eliminación rápidas de los cortocircuitos en la red eléctrica en funcionamiento. Para ello, se suelen utilizar relés de protección de distancia, que permiten localizar un cortocircuito en base a una reactancia de cortocircuito medida. La respectiva reactancia de cortocircuito medida y la respectiva distancia de cortocircuito determinada a partir de ella, es decir, el respectivo lugar en el cual se presenta un cortocircuito, pueden ponerse a disposición del operador de una red eléctrica mediante un relé de protección de distancia en la forma de una información electrónica. Esta información puede ser utilizada por el operador de la red eléctrica para enviar personal de mantenimiento al lugar del cortocircuito. Esto economiza tiempos de búsqueda y, por lo tanto, aumenta la disponibilidad de la infraestructura. Al mismo tiempo, se ahorran costes porque el personal de mantenimiento puede trabajar de manera más eficiente.

La localización de cortocircuitos se basa por lo general en una conversión de la reactancia de cortocircuito medida en la respectiva distancia de cortocircuito. Los relés de protección de distancia actuales sólo pueden convertir la reactancia de cortocircuito en la respectiva distancia de cortocircuito cuando la relación de estas dos variables es lineal, al menos por secciones. Sin embargo, en sistemas con transformadores Booster o autotransformadores, la curva distancia-reactancia no es lineal. Además, con tales sistemas, la introducción de un alimentador negativo junto con un alimentador positivo crea una segunda curva de distancia-reactancia, que tampoco es lineal.

La solicitud DE 29 07 857 B1 describe una disposición de circuito para determinar la reactancia de una línea de transmisión eléctrica en caso de un cortocircuito, con la cual se puede determinar el cortocircuito de forma particularmente rápida.

Hasta ahora, sólo una curva de distancia-reactancia que es lineal por secciones se puede introducir en los relés de protección de distancia convencionales. Esto se realiza introduciendo una reactancia de cortocircuito por kilómetro, es decir, la pendiente de la curva de distancia-reactancia y una longitud de cada sección de la red para las cuales se puede determinar una curva de distancia-reactancia lineal. Debido a que la conversión de la reactancia de cortocircuito a la distancia de cortocircuito actualmente sólo es posible para las curvas de distancia-reactancia lineales, el cálculo de la distancia de cortocircuito en los sistemas de autotransformadores se desplaza a subunidades, los así denominados como controladores de subestación, o simplemente se realiza manualmente. La implementación en un controlador de estación requiere complejos trabajos de adaptación. Los cálculos manuales son propensos a errores y ya no están actualizados. Además, la generación de curvas de distancia-reactancia de manera convencional mediante la medición de valores de reactancia de cortocircuito múltiples veces en secciones o mediante simulaciones costosas es compleja y propensa a errores para un operador de una red eléctrica.

El objeto de la presente invención consiste en proporcionar una nueva medida técnica para localizar un cortocircuito en una red eléctrica que comprende al menos una sección de línea,

El objeto mencionado se resuelve mediante las características de las reivindicaciones independientes 1 y 8. Las configuraciones ventajosas están indicadas en las reivindicaciones relacionadas.

De acuerdo con la invención, se deriva una función matemática para localizar un cortocircuito en una sección de línea de una red eléctrica, que reproduce con mucha precisión una evolución real de una curva de distanciareactancia. Esto hace posible convertir una reactancia de cortocircuito medida en la respectiva localización del cortocircuito dentro de la sección de la línea, incluso con curvas de distancia-reactancia no lineales. De acuerdo con la presente invención, una curva de distancia-reactancia puede así ser modelada mediante una función matemática general en lugar de modelar una curva de distancia-reactancia mediante líneas rectas, como ha sido habitual hasta ahora.

La función matemática puede consistir, por ejemplo, en un polinomio, en particular, un spline o una función exponencial. Sin embargo, dentro del alcance de la presente invención, el tipo de función matemática utilizada en cada caso no se limita al uso de polinomios.

El procedimiento conforme a la invención hace posible particularmente calcular una ubicación de falla en un sistema de autotransformador directamente en un relé de protección de distancia, lo que antes no era posible. De esta manera, se elimina la necesidad de una programación especial de un controlador de estación. Además, no se requieren trabajos ni cálculos manuales. Además, tampoco se requiere ninguna campaña de medición o simulación compleja. Un relé de protección de distancia configurado para ejecutar el procedimiento conforme a la invención conforma una interfaz sencilla para un operador de la red.

En caso de cortocircuito en una sección de línea de la red eléctrica, un relé de protección de distancia configurado para ejecutar el procedimiento conforme a la invención puede determinar primero la reactancia de cortocircuito asociada con el cortocircuito. Al comparar la reactancia de cortocircuito determinada con una curva de distanciareactancia asociada a la función matemática derivada, el relé de protección de distancia puede determinar el lugar en el que está presente el cortocircuito dentro de la sección de la línea. El relé de protección de distancia puede entonces generar una información que contiene la existencia del cortocircuito, el valor de reactancia de cortocircuito asociado y el lugar del cortocircuito dentro de la sección de la línea y enviar dicha información al operador de la red eléctrica.

De acuerdo con una configuración ventajosa, la función matemática se deriva en forma de un polinomio de grado n>2. De esta manera, la función matemática se puede aproximar con elevada precisión a una evolución real de una curva real de distancia-reactancia, para permitir que un cortocircuito dentro de la sección de la línea se localice con mucha precisión.

Según otra configuración ventajosa, como parámetros específicos de la sección de la línea se registran los valores de la reactancia de cortocircuito de la sección de línea medidos en al menos tres puntos de medición de la sección de la línea. La función matemática se puede derivar de los valores de reactancia de cortocircuito y los puntos de medición mediante interpolación. Cuando, por ejemplo, se utiliza como función matemática un polinomio de grado n, sólo se deben realizar n+1 mediciones de reactancia de cortocircuito en la sección de la línea. En consecuencia, la función matemática se puede derivar a partir de muy pocas mediciones de cortocircuito. Cuando el polinomio presenta, por ejemplo, un grado de n=2 sólo es necesario medir tres valores de reactancia de cortocircuito de una sección de línea. Dichos valores de reactancia de cortocircuito se pueden introducir en un relé de protección de distancia, junto con el respectivo punto de medición dentro de la sección de la línea, que está configurado para ejecutar el procedimiento conforme a la invención. El relé de protección de distancia puede entonces determinar automáticamente la localización de un cortocircuito detectado dentro de una sección de línea. Esto se puede realizar correspondientemente para cada sección de línea de una red eléctrica, de modo que se puede describir un sistema de línea completo de una red eléctrica con una pequeña cantidad de mediciones de reactancia de cortocircuito. El número de los valores de reactancia de cortocircuito a medir se puede reducir aún más seleccionando un lugar de medición en un extremo de una sección de línea al mismo tiempo que un lugar de medición al comienzo de otra sección de línea. De este modo, el lugar de medición y un valor de reactancia de cortocircuito medido en dicho lugar de medición sólo tienen que introducirse una vez en un relé de protección de distancia configurado para la ejecución del procedimiento conforme a la invención. Se pueden realizar mediciones de valores de reactancia de cortocircuito, por ejemplo, al principio, en el medio y al final de una primera sección de línea de una red eléctrica. Las mediciones de los valores de la reactancia de cortocircuito sólo deben realizarse en el centro y al final de la respectiva sección de línea en la segunda y en cada sección de línea adicional de la red eléctrica. Para aumentar la densidad de datos, los valores de reactancia de cortocircuito también se pueden medir en otros lugares de medición dentro de una sección de línea de la red eléctrica. Los valores de la reactancia de cortocircuito medidos y los respectivos lugares de medición se pueden introducir entonces en un relé de protección de distancia configurado para la ejecución del procedimiento conforme a la invención. Al inicializar un relé de protección de distancia configurado para la ejecución del procedimiento conforme a la invención, el relé de protección de distancia puede determinar automáticamente los parámetros de las funciones matemáticas a partir de los valores de reactancia de cortocircuito introducidos y los lugares de medición, que representan la curva de distancia-reactancia de las secciones de línea individuales. No resulta necesario realizar una campaña completa de simulación o de medición en relación con los sistemas de autotransformadores. Tampoco se consideran parámetros de línea como la impedancia o la reactancia por kilómetro, como es habitual, tal como se conoce en relación con las líneas convencionales.

De manera ventajosa, en los puntos de medición de la sección de línea se registran valores de reactancia de cortocircuito para cada fase de corriente presente. En un lugar de medición se pueden medir, por ejemplo, un valor de reactancia de cortocircuito para un alimentador positivo y un valor de reactancia de cortocircuito para un alimentador negativo. Así, para cada valor de reactancia de cortocircuito medido en un lugar de medición, el respectivo lugar de medición dentro de una sección de línea sólo se debe ingresar una vez en un relé de protección de distancia configurado para la ejecución del procedimiento conforme a la invención. Mediante esta reducción de datos adicional pueden resultar puntos tridimensionales o multidimensionales que contienen un valor para el respectivo lugar de medición dentro de una sección de línea y un valor de reactancia de cortocircuito para cada fase de corriente. Así, se pueden modelar en simultáneo múltiples curvas de distancia-reactancia mediante un relé de protección de distancia configurado para la ejecución del procedimiento, en lugar de considerar y procesar dichas curvas de distancia-reactancia individualmente, como era habitual hasta ahora.

Además se considera como ventajoso que la función matemática se deriva de los parámetros específicos de la sección de la línea mediante un cálculo de compensación. Por ejemplo, se puede realizar un procedimiento de ajuste de curvas para derivar la función matemática de los parámetros específicos de la sección.

Otra configuración ventajosa prevé que como parámetros específicos de sección de la sección de la red se registren parámetros específicos de la línea y parámetros eléctricos de un autotransformador conectado con la sección de la red. La función matemática se puede derivar de estos parámetros mediante un cálculo. En lugar de los valores de reactancia de cortocircuito medidos, para cada sección de la línea se pueden considerar la longitud, los parámetros de línea de un alimentador positivo y un alimentador negativo, y los parámetros eléctricos del autotransformador. Esto hace posible que un relé de protección de distancia configurado para ejecutar el procedimiento calcule una curva de distancia-reactancia.

Según otra configuración ventajosa, a partir de los parámetros específicos de la sección de la respectiva sección de línea para cada sección de línea de la red eléctrica se deriva una función matemática propia correspondiente, en donde las funciones matemáticas se combinan entre sí conformando una función matemática específica de la red eléctrica. Esto permite modelar una curva de distancia-reactancia para toda la red eléctrica. En este caso, las funciones matemáticas individuales específicas de la sección se pueden representar gráficamente como curvas específicas de la sección y se pueden combinar gráficamente entre sí para conformar una curva específica de la red eléctrica.

Según otra configuración ventajosa, el cortocircuito, el valor de la reactancia de cortocircuito determinado para el cortocircuito y la localización deducida del cortocircuito dentro de la sección de la línea se señalizan juntos. Por ejemplo, se puede realizar una señalización acústica y/u óptica.

Para localizar un cortocircuito en una red eléctrica que comprende al menos una sección de línea, en particular, de un sistema de autotransformador, el relé de protección de distancia conforme a la invención, que está conectado con la red eléctrica, comprende al menos un microcontrolador, entradas de valores de medición para registrar valores de tensión y corriente, al menos un contacto de conmutación hacia el exterior y al menos una interfaz de control y configuración. Las ventajas mencionadas anteriormente en referencia al procedimiento están correspondientemente asociadas con el mencionado relé de protección de distancia.

Las propiedades, características y ventajas de la presente invención, arriba mencionadas, así como la forma en la que las mismas se logran, se clarifican y deducen en relación con la siguiente descripción de los ejemplos de ejecución, los cuales se explican en detalle en relación con los dibujos esquemáticos. Las figuras muestran:

Figura 1: una representación gráfica de una curva de distancia-reactancia para un alimentador positivo y de una curva de distancia-reactancia para un alimentador negativo.

Figura 2: una representación gráfica de la curva de distancia-reactancia mostrada en la figura 1 para el alimentador positivo.

Figura 3: una representación gráfica de una sección de la curva de distancia-reactancia mostrada en la figura 2 para el alimentador positivo.

Figura 4: una representación gráfica de la sección de la curva de distancia-reactancia para el alimentador positivo mostrado en la figura 3 en combinación con los valores de la reactancia de cortocircuito.

Figura 5: una representación gráfica de un gráfico conformado a partir de los valores de la reactancia del cortocircuito mostrados en la figura 4 en combinación con una función matemática representada gráficamente. Figura 6: un gráfico de la sección de la curva de distancia-reactancia que se muestra en la figura 3 para el alimentador positivo, en combinación con una representación gráfica de una función matemática derivada.

Figura 7: una representación gráfica de la curva de distancia-reactancia mostrada en la figura 2 para el alimentador positivo en combinación con representaciones gráficas de funciones matemáticas relacionadas entre sí y derivadas individualmente para cada sección de la curva de distancia-reactancia.

La figura 1 muestra una representación gráfica de una curva de distancia-reactancia para un alimentador positivo y de una curva de distancia-reactancia para un alimentador negativo de una red eléctrica de un sistema de autotransformador. La reactancia de cortocircuito X de la red eléctrica se representa contra la ubicación dentro de la red eléctrica. Cada curva de distancia-reactancia 1 ó 2 presenta una pluralidad de secciones 3, cada una de las cuales está asociada con una sección de línea de una red eléctrica y cada una representa una curva de distancia reactancia para la respectiva sección de línea. Las curvas de distancia-reactancia 1 y 2 se consideran a continuación por separado para explicar una configuración del procedimiento conforme a la invención.

La figura 2 muestra una representación gráfica de la curva de distancia-reactancia mostrada en la figura 1 para el alimentador positivo de la red eléctrica de un sistema de autotransformador. La curva de distancia-reactancia 1 se subdivide según las secciones de línea individuales o secciones 3. Cada sección 3 representa una evolución de la curva de distancia-reactancia de una sección de línea dispuesta entre dos transformadores. La curva de distanciareactancia 1 está subdivida así en secciones 3 de forma "física".

La figura 3 muestra una representación gráfica de una sección 3 de la curva de distancia-reactancia mostrada en la figura 2 para el alimentador positivo de la red eléctrica de un sistema de autotransformador.

La figura 4 muestra una representación gráfica de la sección 3 de la curva de distancia-reactancia 1 mostrada en la figura 3 para el alimentador positivo de la red eléctrica del sistema de autotransformador en combinación con los valores de la reactancia de cortocircuito medidos 4, 5 y 6. El valor de reactancia de cortocircuito 4 se midió al principio, el valor de reactancia de cortocircuito 5 en el medio y el valor de reactancia de cortocircuito 6 al final de la sección de la línea de la red eléctrica asociada a la sección 3. Los valores de reactancia de cortocircuito 4, 5 y 6 se ingresan en un relé de protección de distancia configurado para la ejecución del procedimiento.

La figura 5 muestra una representación gráfica de un gráfico 11 conformado a partir de los valores de la reactancia del cortocircuito 4, 5 y 6 mostrados en la figura 4 en combinación con un gráfico 8 de una función matemática representada gráficamente. El gráfico 11 surge mediante las rectas 7 que conectan entre sí los valores de reactancia de cortocircuito 4 y 5 o bien 5 y 6. El gráfico 8 se determinó utilizando un relé de protección de distancia configurado para la ejecución del procedimiento, utilizando un procedimiento de ajuste de curvas, por ejemplo, un procedimiento MMSE (del inglés: "Minimum Mean Square Error": "mínimo error cuadrático medio"), como resultado de lo cual se determinan los parámetros del gráfico 8.

La figura 6 muestra una representación gráfica de la sección 3 mostrada en la figura 3 de la curva de distanciareactancia de la sección de línea de la red eléctrica para el alimentador positivo, en combinación con una representación gráfica de una función matemática derivada. El gráfico 9 de la función matemática derivada se modeló a partir de los parámetros del gráfico 8 mostrado en la figura 5. La función matemática correspondiente al gráfico 9 representa la reactancia de cortocircuito de la sección de línea asociada a la sección 3 como función de una localización dentro de la sección de la línea.

La figura 7 muestra una representación gráfica de la curva de distancia-reactancia 1 mostrada en la figura 2 para el alimentador positivo en combinación con representaciones gráficas de funciones matemáticas relacionadas entre sí y derivadas individualmente para cada sección 3 de la curva de distancia-reactancia. Para ello, se aplicó el procedimiento descrito en relación con las figuras 2 a 6 también a las restantes secciones 3 de la curva de distanciareactancia 1. De acuerdo con la figura 7, los gráficos de las funciones matemáticas que modelan las respectivas secciones 3 se han combinado gráficamente entre sí para conformar una curva matemática de distancia-reactancia 10 representable y específica de la red eléctrica.

En correspondencia, la curva de distancia-reactancia 2 del alimentador negativo de la red eléctrica también se puede modelar.

Aunque la invención ha sido descrita e ilustrada en detalle mediante los ejemplos de ejecución preferidos, dicha invención no está limitada por los ejemplos revelados y, sin abandonar el alcance de la presente invención, el especialista puede derivar de aquí otras variaciones.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la localización de un cortocircuito en una red eléctrica que comprende al menos una sección de línea con una curva de distancia-reactancia no lineal, en particular, de un sistema de autotransformador o de un sistema con transformadores Booster, que presenta los siguientes pasos:

- detección de parámetros específicos de sección de las secciones de línea de la red eléctrica; caracterizado por

- derivar al menos una función matemática propia correspondiente para cada sección de línea de la red eléctrica a partir de los parámetros específicos de sección de la respectiva sección de línea; en donde para secciones de línea con una curva de distancia-reactancia no lineal, la función matemática representa una reactancia de cortocircuito de la sección de línea como una función no lineal de una localización dentro de la sección de línea con una curva de distancia-reactancia no lineal; y en donde para secciones de línea con una curva de distancia-reactancia lineal, la función matemática representa una reactancia de cortocircuito de la sección de línea como una función lineal de una localización dentro de la sección de línea con una curva de distancia-reactancia lineal;

- combinar entre sí las correspondientes funciones matemáticas propias derivadas para cada sección de línea de la red eléctrica conformando una función matemática específica de la red eléctrica; y

- deducir la localización del cortocircuito dentro de una sección de línea de la red eléctrica a partir de las funciones matemáticas correspondientes propias derivadas para cada sección de línea de la red eléctrica y/o de la función matemática específica de la red eléctrica y un valor de reactancia de cortocircuito determinado para el cortocircuito.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la función matemática se deriva en forma de un polinomio de grado n>2.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como parámetros específicos de la sección de la línea se registran los valores de la reactancia de cortocircuito de la sección de línea medidos en al menos tres puntos de medición de la sección de la línea.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque en los puntos de medición de la sección de línea se registran valores de reactancia de cortocircuito para cada fase de corriente presente.

5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque la función matemática se deriva de los parámetros específicos de la sección de la línea mediante un cálculo de compensación.

6. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como parámetros específicos de sección de la sección de la red se registran parámetros específicos de la línea y parámetros eléctricos de un autotransformador conectado con la sección de la red.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se señalizan el cortocircuito, el valor de la reactancia de cortocircuito determinado para el cortocircuito y la localización deducida del cortocircuito dentro de la sección de la línea.

8. Relé de protección de distancia con al menos un microcontrolador, entradas de valores de medición para detectar valores de tensión y de corriente, al menos un contacto de conmutación hacia el exterior y al menos una interfaz de control y configuración, para localizar un cortocircuito en una red eléctrica de un sistema de autotransformador que comprende al menos una sección de línea con una curva de distancia-reactancia no lineal o de un sistema con transformadores Booster; en donde el relé de protección de distancia se puede conectar con la red eléctrica; caracterizado porque el relé de protección de distancia está diseñado para ejecutar los siguientes pasos:

- detectar parámetros específicos de sección de las secciones de línea de la red eléctrica;

- derivar al menos una función matemática propia correspondiente para cada sección de línea de la red eléctrica a partir de los parámetros específicos de sección de la respectiva sección de línea; en donde para secciones de línea con una curva de distancia-reactancia no lineal, la función matemática representa una reactancia de cortocircuito de la sección de línea como una función no lineal de una localización dentro de la sección de línea con una curva de distancia-reactancia no lineal; y en donde para secciones de línea con una curva de distancia-reactancia lineal, la función matemática representa una reactancia de cortocircuito de la sección de línea como una función lineal de una localización dentro de la sección de línea con una curva de distancia-reactancia lineal;

- combinar entre sí las correspondientes funciones matemáticas propias derivadas para cada sección de línea de la red eléctrica conformando una función matemática específica de la red eléctrica; y

- deducir la localización del cortocircuito dentro de una sección de línea de la red eléctrica a partir de las funciones matemáticas correspondientes propias derivadas para cada sección de línea de la red eléctrica y/o de la función matemática específica de la red eléctrica y un valor de reactancia de cortocircuito determinado para el cortocircuito.