ES2954416T3 - Método y dispositivo de detección para detectar un fallo en un transformador de una turbina eólica - Google Patents
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Abstract
Se describe un dispositivo de detección y un método para detectar una falla en un transformador (10) de una turbina eólica (1), en donde el transformador (10) transforma un voltaje más bajo, que sale de un generador (5) de energía eólica. turbina (1) a un lado de bajo voltaje del transformador (10), a un voltaje más alto, que sale del transformador (10) en un lado de alto voltaje, comprendiendo el dispositivo de detección: un dispositivo de detección de voltaje (11) configurado para detectar un voltaje en un primer nodo (12) en el lado de bajo voltaje del transformador (10); un dispositivo de detección de corriente (11) configurado para detectar una corriente en un segundo nodo (13) en el lado de alta tensión del transformador (10). El dispositivo de detección está configurado para detectar la falla en el transformador (10) en base al voltaje detectado y la corriente detectada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método y dispositivo de detección para detectar un fallo en un transformador de una turbina eólica
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de las turbinas eólicas. Una turbina eólica convencional comprende una pluralidad de elementos que incluyen una torre, una góndola montada en la torre y un rotor que tiene una pluralidad de palas rotativas montadas en la góndola. La turbina eólica comprende además un generador que genera una tensión de CA mediante un movimiento de rotación del rotor. Un transformador transforma una tensión desde un nivel a otro nivel, por ejemplo, una baja tensión generada por el generador a una tensión más alta. La tensión más alta también se denomina “ media tensión” . Una “ media tensión” es una tensión comúnmente conocida entre 1 kV y 36 kV.
En particular, la presente invención se refiere a un dispositivo de detección y a un método para detectar un fallo en el transformador de una turbina eólica.
El documento CN 108414821 A describe un dispositivo de detección para detectar un fallo en un transformador de una turbina eólica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, y un método para detectar un fallo en un transformador de una turbina eólica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 8.
Los documentos CN 103 278 773 A y EP 1 527 505 A2 describen sistemas para la detección de fallos en un transformador que incluye la medición de tensión en un lado de baja tensión del transformador.
Breve descripción de las figuras
Los aspectos definidos anteriormente y otros aspectos de la presente invención se infieren de los ejemplos de realización que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá con más detalle a continuación en la memoria haciendo referencia a ejemplos de realización, no estando la invención limitada a os mismos.
La Fig. 1 muestra una turbina eólica y los diferentes elementos de la misma;
la Fig. 2 muestra un diagrama de circuito esquemático que incluye un ejemplo de un dispositivo de detección de visualización;
la Fig. 3 muestra un circuito lógico esquemático para controlar un conmutador de línea de acuerdo con una realización de la presente invención; y
la Fig. 4 muestra un circuito lógico esquemático para controlar un conmutador de línea de acuerdo con otra realización de la presente invención.
Descripción detallada
Las ilustraciones de las figuras son esquemáticas. Se señala que en diferentes figuras, los elementos similares o idénticos están provistos de los mismos signos de referencia.
La Fig. 1 muestra una turbina eólica 1. La turbina eólica 1 comprende una góndola 3 y una torre 2. La góndola 3 está montada en la parte superior de la torre 2. La góndola 3 está montada de forma rotativa con respecto a la torre 2 mediante un cojinete de guiñada. El eje de rotación de la góndola 3 con respecto a la torre 2 se denomina eje de guiñada.
La turbina eólica 1 también comprende un buje 4 con tres palas 6 de rotor (de las cuales, en la Fig. 1 se representan dos palas 6 de rotor). El buje 4 está montado de forma rotativa con respecto a la góndola 3 mediante un cojinete principal 7. El buje 4 está montado de forma rotativa alrededor de un eje de rotación 8 del rotor.
La turbina eólica 1 comprende además un generador 5. El generador 5 comprende a su vez un rotor que conecta el generador 5 con el buje 4. El buje 4 está conectado directamente al generador 5, por lo que la turbina eólica 1 se denomina turbina eólica sin engranajes de accionamiento directo. Dicho generador 5 se denomina generador 5 de accionamiento directo. Como una alternativa, el buje 4 también puede estar conectado al generador 5 a través de una caja de engranajes. Este tipo de turbina eólica 1 se denomina turbina eólica de engranajes. La presente invención es adecuada para ambos tipos de turbina eólicas 1.
El generador 5 está alojado dentro de la góndola 3. El generador 5 está dispuesto y preparado para convertir la energía giratoria desde el buje 4 en energía eléctrica en forma de energía de CA.
La Fig. 2 muestra un diagrama de circuito esquemático que incluye un ejemplo de un dispositivo de detección. El dispositivo de detección generalmente está dispuesto dentro de la torre 2 y configurado para detectar un fallo en un transformador 10 de la turbina eólica 1. El transformador 10 está dispuesto dentro de la góndola 3. La invención también es aplicable a una turbina eólica donde el transformador 10 no está dispuesto dentro de la góndola 3, sino dentro de la torre 2 o incluso sobre o en una base fuera de la turbina eólica 1. El transformador 10 transforma una tensión más baja, que se emite desde un generador 5 de la turbina eólica 1 en un lado de baja tensión del transformador 10, a una tensión más alta, que se emite desde el transformador 10 en un lado de alta tensión.
El dispositivo de detección está dispuesto para detectar un fallo en el transformador 10 de la turbina eólica 1. Tal fallo puede ser una fase abierta en el lado de baja tensión y/o en el lado de alta tensión. El término “ fase abierta” significa un circuito abierto. Tales fallos también pueden incluir un cortocircuito, tal como uno denominado fallo de vuelta a vuelta en el lado de baja tensión y/o en el lado de alta tensión. Los fallos también pueden incluir un cortocircuito entre una fase y tierra o un circuito corto de fase a fase en el lado de baja tensión y/o el lado de alta tensión.
Si se detecta un fallo, se emite una señal de disparo a través de una línea 19 de señal de disparo para activar un conmutador 14 de línea. El conmutador 14 de línea interrumpe una línea 15 de salida del transformador 10. El conmutador 14 de línea puede ser un conmutador independiente o un conmutador de respaldo además de un conmutador existente.
El dispositivo de detección comprende un dispositivo 11 de detección de tensión configurado para detectar una tensión en un primer nodo 12 en el lado de baja tensión del transformador 10, un dispositivo 11 de detección de corriente configurado para detectar una corriente en un segundo nodo 13 en el lado de alta tensión del transformador 10, y el conmutador 14 de línea que está dispuesto en la línea 15 de salida del transformador 10 detrás del segundo nodo 13 en el lado de alta tensión.
El dispositivo de detección comprende además un dispositivo 11 de control configurado para abrir el conmutador 14 de línea para interrumpir la línea 15 de salida del transformador 10 en función de la tensión detectada y la corriente detectada. La interrupción de la línea 15 de salida se realiza si ciertas condiciones se cumplen como sigue, que se analizan a continuación.
El dispositivo 11 de control está configurado para abrir el conmutador 14 de línea si se produce al menos una de las siguientes condiciones: una sobretensión es detectada por el dispositivo 11 de detección de tensión, una sobrecorriente es detectada por el dispositivo 11 de detección de corriente y una diferencia entre una frecuencia en el lado de baja tensión o el lado de alta tensión y una frecuencia objetivo respectiva excede un valor umbral. La sobretensión puede detectarse si la tensión en el lado de baja tensión excede un primer valor umbral. La sobrecorriente puede detectarse si la corriente en el lado de alta tensión excede un segundo valor umbral.
Si las frecuencias deben detectarse, el dispositivo 11 de detección de tensión detecta no solo la amplitud de la tensión, sino también la frecuencia de la tensión en el primer nodo 12 en el lado de baja tensión del transformador 10, y/o el dispositivo 11 de detección de corriente detecta no solo la amplitud de la corriente, sino también la frecuencia de la corriente en el segundo nodo 13 en el lado de alta tensión del transformador 10.
Además, el dispositivo 11 de control 11 está configurado para abrir el conmutador 14 de línea si al menos una de una sobrecorriente de fase, una sobrecorriente de secuencia cero o neutra y una sobrecorriente de secuencia negativa es detectada por el dispositivo 11 de detección de corriente. Estas sobrecorrientes pueden detectarse si al menos una de la corriente de fase, la corriente de secuencia cero o neutra y la corriente de secuencia negativa en el lado de alta tensión excede los valores umbral particulares.
Una corriente cero o corriente neutra como corriente diferencial se puede calcular a partir de la suma de las corrientes de todas las fases excepto la fase protectora que conduce al sistema eléctrico, o se puede medir en un punto del sistema eléctrico como la suma vectorial de las corrientes de todas las fases activas en este punto. Dichas corrientes pueden producirse, por ejemplo, como resultado de fallos de aislamiento.
La sobrecorriente de secuencia negativa es un indicador de fallos asimétricos, por ejemplo, en un sistema eléctrico trifásico, los fallos asimétricos pueden conducir a corrientes desiguales con cambios de fase desiguales en el sistema trifásico. Los fallos asimétricos pueden producirse debido a la presencia de un circuito abierto o un cortocircuito dentro del transformador. El circuito abierto y el cortocircuito pueden conducir a fallos asimétricos en el transformador.
Además, el dispositivo 11 de control está configurado para abrir el conmutador 14 de línea si al menos una de una subtensión, una tensión de secuencia cero o neutra y una distorsión armónica total (T otal Harmonic Distortion - THDv) durante un nivel definido es detectada por el dispositivo 11 de detección de tensión. La subtensión puede detectarse si la tensión en el lado de baja tensión cae por debajo de un tercer valor umbral. La secuencia cero o la tensión neutra se pueden detectar si un valor del mismo excede un cuarto valor umbral.
La distorsión armónica total (Total Harmonic Distortion - THDv) durante un nivel definido puede detectarse y desencadenar una protección si un valor de la misma excede un quinto valor umbral. La distorsión armónica total
(Total Harmonic Distortion - THDv) es un indicador de la distorsión armónica en una señal. La distorsión armónica total (Total Harmonic Distortion - THDv) se define como la relación de la suma de las potencias de todos los componentes armónicos a la potencia de la frecuencia fundamental.
Además, el dispositivo 11 de control está configurado para abrir el conmutador 14 de línea si una señal de disparo externa se introduce a través de una línea 17 de señal de disparo externa en el dispositivo 11 de control. La señal de disparo externa es generada por un medio de control externo (no mostrado).
El dispositivo 11 de control es alimentado por una línea 16 de fuente de alimentación. La línea 16 de fuente de alimentación puede ser alimentada por una fuente de alimentación no interrumpida (SAI). El dispositivo 11 de control está conectado a una línea 18 de salida de datos. La línea 18 de salida de datos puede incluir un bus de comunicaciones y una interfaz de salida digital. Puede implementarse un acceso remoto para obtener información del dispositivo de detección, y pueden mejorarse las capacidades de diagnóstico y forense. Además, el dispositivo 11 de control está conectado a una interfaz hombre-máquina de modo que el dispositivo 11 de control y las condiciones de interrupción pueden configurarse para cumplir con los requisitos del usuario o del cliente.
La Fig. 3 muestra un circuito lógico esquemático incluido en el dispositivo 11 de control para controlar el conmutador 14 de línea de acuerdo con una realización de la presente invención. En esta realización, se detecta una fase abierta en el lado de baja tensión. El circuito lógico comprende un bloque 21 de detección de desequilibrio de tensión, un bloque 20 de detección de tensión de secuencia cero o neutra y una puerta AND 22. El dispositivo 11 de control está configurado para abrir el conmutador 14 de línea si el circuito lógico detecta una fase abierta en el lado de baja tensión. Esta detección se realiza si el dispositivo 11 de detección de tensión 11 detecta una tensión de secuencia cero que excede un valor umbral particular por el bloque 20 de detección de tensión de secuencia cero o neutra y un desequilibrio de tensión que excede un valor umbral particular por el bloque 21 de detección de desequilibrio de tensión.
La Fig. 4 muestra un circuito lógico esquemático para controlar un conmutador de línea según otra realización de la presente invención. En esta realización, se detecta una fase abierta en el lado de alta tensión. El circuito lógico comprende un bloque 24 de detección de desequilibrio de tensión, un bloque 23 de detección de tensión de secuencia cero 23 y una puerta AND 25. El dispositivo 11 de control está configurado para abrir el conmutador 14 de línea si el circuito lógico detecta una fase abierta en el lado de alta tensión. Esta detección se realiza si el dispositivo 11 de detección de tensión detecta un tensión de secuencia cero que cae por debajo de un valor umbral particular por el bloque 23 de detección de tensión de secuencia cero y un desequilibrio de tensión que excede un valor umbral particular por el bloque 24 de detección de desequilibrio de tensión.
Las definiciones y configuraciones para disparar el conmutador de línea pueden aprenderse modelizando la turbina eólica. El comportamiento de la turbina eólica puede simularse usando un modelo de simulación específico. Para algunas protecciones, la configuración se puede definir considerando algunos factores de seguridad sobre la envolvente para las transiciones más restrictivas (en tiempo y nivel) y las condiciones de funcionamiento de la turbina eólica. Se puede hacer un enfoque similar para la protección alta THDv.
Los otros algoritmos de protección lógica pueden depender de las características de transformador: grupo de conexión, sistema de tierra, etc.
Un proceso de validación de las configuraciones puede incluir las siguientes etapas:
- Simular el sistema mediante un software de simulación eléctrica avanzado usando modelos recientemente desarrollados para el transformador en función de las reacciones de fuga en condiciones especiales;
- Comparar con modelos de diseño detallados del fabricante de transformador en función de simulaciones de elemento finito (FE - FE);
- Evaluar mediante pruebas a pequeña escala realizadas en el banco de pruebas de fabricación;
- Validación final en pruebas a escala real y operaciones de campo.
Cabe señalar que el término “ que comprende” no excluye otros elementos o etapas y los artículos “ un” o “ una” no excluyen una pluralidad. También pueden combinarse elementos descritos asociados a distintas realizaciones. También hay que señalar que los signos de referencia de las reivindicaciones no deben interpretarse como una limitación del alcance de las mismas.
Claims (12)
1. Un dispositivo de detección para detectar un fallo en un transformador (10) de una turbina eólica (1), en donde el transformador (10) transforma una tensión más baja, que se emite desde un generador (5) de la turbina eólica (1) en un lado de baja tensión del transformador (10), a una tensión más alta, que se emite desde el transformador (10) en un lado de alta tensión, en donde el dispositivo de detección comprende:
un dispositivo (11) de detección de tensión configurado para detectar una tensión en un primer nodo (12) en el lado de baja tensión del transformador (10), en donde
el dispositivo de detección está configurado para detectar el fallo en el transformador (10) en función de la tensión detectada; en donde
el dispositivo de detección comprende un circuito lógico,
caracterizado por que
el dispositivo de detección está configurado para detectar el fallo en el transformador (10) si el circuito lógico detecta al menos una de las siguientes condiciones:
una fase abierta en el lado de baja tensión si el dispositivo (11) de detección de tensión detecta una tensión de secuencia cero y un desequilibrio de tensión; y
una fase abierta en el lado de alta tensión si el dispositivo (11) de detección de tensión no detecta tensión de secuencia cero ni detecta un desequilibrio de tensión.
2. El dispositivo de detección según la reivindicación anterior, que comprende además un dispositivo (11) de control configurado para abrir un conmutador (14) de línea para interrumpir una línea (15) de salida del transformador (10) en función de la tensión detectada.
3. El dispositivo de detección para detectar un fallo en un transformador (10) de una turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en donde el dispositivo de detección está configurado además para detectar el fallo en el transformador (10) si se produce al menos una de las siguientes condiciones: una sobretensión es detectada por el dispositivo (11) de detección de tensión, y una diferencia entre una frecuencia en el lado de baja tensión o el lado de alta tensión y una frecuencia objetivo respectiva excede un valor umbral.
4. El dispositivo de detección para detectar un fallo en un transformador (10) de una turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en donde el dispositivo de detección está configurado además para detectar el fallo en el transformador (10) si al menos una de un subtensión, una tensión de secuencia cero o neutra y una distorsión armónica total (Total Harmonic Distortion - THDv) en un nivel definido es detectada por el dispositivo (11) de detección de tensión.
5. El dispositivo de detección para detectar un fallo en un transformador (10) de una turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 4,
en donde el dispositivo de detección está configurado además para detectar el fallo en el transformador (10) si se introduce una señal de disparo externa en el dispositivo (11) de control.
6. El dispositivo de detección para detectar un fallo en un transformador (10) de una turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en donde el dispositivo de detección comprende además el conmutador (14) de línea que está dispuesto en una línea (15) de salida del transformador (10) detrás del segundo nodo (13) en el lado de alta tensión.
7. Una turbina eólica (1) que comprende un dispositivo de detección según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
8. Un método de detección de un fallo en un transformador (10) de una turbina eólica (1), en donde el transformador (10) transforma una tensión más baja, que se emite desde un generador (5) de la turbina eólica (1) en un lado de baja tensión del transformador (10), a una tensión más alta, que se emite desde el transformador (10) en un lado de alta tensión, comprendiendo el método las siguientes etapas:
una etapa de detección de tensión para detectar una tensión en un primer nodo (12) en el lado de baja tensión del transformador (10); y
una etapa de detección para detectar el fallo en el transformador (10) en función de la tensión detectada,
caracterizado por que
la etapa de detección detecta el fallo en el transformador (10) en al menos una de las siguientes condiciones:
una fase abierta en el lado de baja tensión si la etapa de detección de tensión detecta una tensión de secuencia cero y un desequilibrio de tensión; y
una fase abierta en el lado de alta tensión si la etapa de detección de tensión no detecta tensión de secuencia cero ni detecta un desequilibrio de tensión.
9. El método según la reivindicación anterior, que comprende además
una etapa de control para abrir un conmutador (14) de línea para interrumpir una línea (15) de salida del transformador (10) detrás del segundo nodo (13) en función de la tensión detectada.
10. El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 y 9,
en donde la etapa de detección detecta además el fallo en el transformador (10) si se produce al menos una de las siguientes condiciones: una sobretensión se detecta en la etapa de detección de tensión, y una diferencia entre una frecuencia en el lado de baja tensión o el lado de alta tensión y una frecuencia objetivo respectiva excede un valor umbral.
11. El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 10,
en donde la etapa de detección detecta además el fallo en el transformador (10) si al menos una de una subtensión, una tensión de secuencia cero o neutra y una distorsión armónica total (Total Harmonic Distortion - THDv) durante un nivel definido se detecta en la etapa de detección de tensión.
12. El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 9 a 11,
en donde la etapa de control abre el conmutador (14) de línea si se introduce una señal de disparo externa.
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