Localización de fallos usando ondas progresivas.

Se divulga en el presente documento varias realizaciones de sistemas y procedimientos para calcular una localización de fallos en un sistema de suministro de energía eléctrica en base a una onda progresiva creada por un fallo eléctrico en el sistema de suministro de energía eléctrica. De acuerdo con una realización

, un dispositivo electrónico inteligente puede configurarse para detectar una onda progresiva transitoria causada por un fallo eléctrico. Se puede determinar un primer valor de la onda progresiva de la onda progresiva transitoria y se puede determinar un primer tiempo correspondiente asociado con la primera onda progresiva. El IED puede recibir un segundo tiempo asociado con un segundo valor de la onda progresiva de la onda progresiva transitoria detectada por un IED remoto. La distancia al IED remoto puede ser conocida. Una localización del fallo estimada se puede generar en base a la diferencia de tiempo entre el primer tiempo y el segundo tiempo. También se pueden utilizar procedimientos adicionales de cálculo de la localización de fallos.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2012/060089.

Solicitante: SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 2350 NE Hopkins Court 99163 Pullmann Washington WA ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: GUZMAN-CASILLAS, ARMANDO, SKENDZIC,VESELIN, SCHWEITZER,Edmund O. Iii, MYNAM,Mangapathirao Venkata.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > Dispositivos para verificar propiedades eléctricas;... > G01R31/08 (Localización de defectos en los cables, líneas de transmisión o redes)
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Localización de fallos usando ondas progresivas.

Fragmento de la descripción:

Localización de fallos usando ondas progresivas.

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a la detección de una onda transitoria y al cálculo de la localización de fallos. Más particularmente, la presente divulgación se refiere al cálculo de la localización de fallos en tiempo real en base a una onda transitoria detectada.

Breve descripción de los dibujos

Se describen realizaciones no limitativas y no exhaustivas de la divulgación, incluyendo diversas realizaciones de la divulgación con referencia a las figuras, en las que:

La figura 1 ilustra un diagrama de bloques de un sistema para la detección de una onda progresiva y para calcular una localización de un fallo usando la onda progresiva detectada de acuerdo con ciertas realizaciones.

La figura 2 ilustra un diagrama de bloques funcional de un dispositivo electrónico inteligente para el cálculo de una localización de fallos de acuerdo con ciertas realizaciones.

La figura 3 ilustra un diagrama de bloques funcional de un sistema de adquisición de datos de corriente de fase de acuerdo con ciertas realizaciones.

La figura 4 ilustra un diagrama de bloques de un sistema de selección de fuente de corriente que puede utilizarse en conexión con diversos sistemas y procedimientos descritos en este documento para determinar la localización de fallos en un sistema de suministro de energía eléctrica utilizando ondas progresivas.

La figura 5 ilustra un diagrama de bloques funcional que ilustra una interacción entre un detector de transitorios y un registrador de eventos y un módulo gestor de adquisición de datos de acuerdo con ciertas realizaciones.

La figura 6 ilustra un diagrama de bloques de un detector de transitorios adaptativo que puede utilizarse en conexión con diversos sistemas y procedimientos descritos en este

documento para determinar la localización de fallos en un sistema de suministro de energía eléctrica utilizando ondas progresivas.

La figura 7 ilustra un diagrama de bloques de un filtro de respuesta de impulso infinito que puede utilizarse en conexión con diversos sistemas y procedimientos descritos en el presente documento para determinar la localización de fallos en un sistema de suministro de energía eléctrica utilizando ondas progresivas.

La figura 8 ilustra un diagrama lógico que puede ser utilizado para determinar si se produce un fallo en el sistema de suministro de energía eléctrica en una línea de transmisión protegida por diversos sistemas y procedimientos descritos en este documento.

La figura 9 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento para grabar y recuperar datos de onda progresiva que puede utilizarse en conexión con diversos sistemas y procedimientos descritos en este documento para determinar la localización de fallos en un sistema de suministro de energía eléctrica utilizando ondas progresivas.

La figura 1 ilustra un diagrama de tiempos que ilustra una ventana de observación de acuerdo con ciertas realizaciones.

La figura 11 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento para el intercambio de datos entre un relé local y un relé remoto que puede ser utilizado por diversos sistemas descritos en este documento para determinar la localización de fallos en un sistema de suministro de energía eléctrica utilizando ondas progresivas.

La figura 12 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento para seleccionar un procedimiento para estimar la localización de un fallo entre una pluralidad de procedimientos disponibles de acuerdo con ciertas realizaciones.

Descripción detallada

Los sistemas de localización de fallos de ondas progresivas (TWFL) están disponibles comercialmente en los equipos de localización de fallos dedicados o como una función adicional incluida en ciertos registradores de fallos digitales. Algunas de las instalaciones eléctricas en Canadá y los EE.UU. utilizan sistemas TWFL desarrollados dentro de la instalación para su uso interno y no están disponibles comercialmente. Hoy en día, los

sistemas TWFL normalmente proporcionan información de localización de fallos a posteriori mediante el análisis de oscilogramas de corriente o tensión - también conocidos como informes de eventos - el fallo a partir del fallo. La localización del fallo se puede estimar usando oscilogramas desde un terminal o todos los terminales de la línea de transmisión. Los sistemas TWFL de múltiples terminales utilizan muestras de tensión y corriente con sus correspondientes sellos temporales según la hora del Tiempo Universal Coordinado (UTC) para simplificar los cálculos. Estos sistemas obtienen los eventos de terminales de línea de transmisión y usando un ordenador de propósito general que ejecuta el software para determinar una localización del fallo.

En la actualidad, la mayoría de los relés de protección de línea proporcionan la estimación de localización de fallos en tiempo real mediante algoritmos basados en la impedancia. Estos algoritmos utilizan la información de la tensión y la corriente local y/o información de la corriente y la tensión de los terminales remotos. Cuando se utiliza información de ambos terminales, la exactitud de la estimación de localización de fallos en base a la impedancia puede estar dentro del 1,5% de la longitud de la línea. En la mayoría de las aplicaciones, esta precisión es suficiente para localizar rápidamente los fallos en las líneas con una longitud de 32 km (2 millas) o menos. Esta precisión puede no ser suficiente, sin embargo, para líneas largas (por ejemplo, de 24 km (15 millas) de longitud o más largas). Por lo tanto, una utilidad puede optar por utilizar un sistema dedicado TWFL. La precisión de un sistema TWFL no es necesariamente una función de la longitud de la línea y, típicamente está dentro de ± 32 m (,2 mi). Los sistemas TWFL también son adecuados para líneas compensadas en serie, mientras que los algoritmos de búsqueda de fallos basados en impedancia no lo son, además, los procedimientos de localización de fallos basados en la impedancia son desafiados durante los fallos de rápida desaparición. Por las razones anteriores, existe una necesidad en la industria de relés de protección con capacidad TWFL incorporada.

Una de las limitaciones de los sistemas TWFL es que cuando el ángulo de aparición de fallos en la localización de los fallos es cero, no se registra ninguna actividad detectable de la onda progresiva en los terminales de la línea de transmisión. En estas circunstancias, los procedimientos de localización de fallos basados en la impedancia que existen en los relés de protección modernos basados en microprocesador aún pueden localizar el fallo. En consecuencia, para recopilar los datos relativos a una onda progresiva, se puede emplear una grabación continua. De acuerdo con algunas realizaciones, incluyendo un sistema TWFL, pueden incorporarse en un relé de protección que registra continuamente los datos

de las ondas progresivas en una línea de transmisión. Otro beneficio que puede comprobarse, de acuerdo con algunas realizaciones descritas en este documento, es que la localización del fallo se calcula sólo cuando hay un fallo de la línea interna, evitando así molestos resultados de localización de fallos cuando las ondas progresivas se detectan debido a los transitorios de conmutación y a fallos externos. Un beneficio adicional que puede apreciarse es que el relé de protección se puede aplicar a terminales con dobles interruptores y proporcionar información de localización de fallos cuando uno de los interruptores está fuera de servicio.

Las realizaciones de la divulgación se entenderán mejor con referencia a los dibujos, en los que las partes similares se designan mediante los mismos números...

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo electrónico inteligente de recepción (IED) configurado para calcular una localización de fallos en un sistema de suministro de energía eléctrica en base a una onda 5 progresiva creada por un fallo eléctrico en el sistema de suministro de energía eléctrica, comprendiendo el IED receptor:

un puerto de comunicaciones;

una lógica de control en comunicación con el puerto de comunicaciones, estando la lógica de control configurada para: 10

detectar una onda progresiva transitoria causada por un fallo eléctrico mediante el uso de una pluralidad de muestras de datos que representan mediciones de un parámetro del sistema de suministro de energía eléctrica;

detectar un primer valor de la onda progresiva transitoria;

detectar un primer tiempo asociado con el primer valor; 15

recibir a través del puerto de comunicación un segundo de tiempo asociado con un segundo valor de la onda progresiva transitoria detectada por un IED remoto situado a una distancia conocida del IED receptor; y generar una localización del fallo estimada en base a la diferencia de tiempo entre el primer tiempo y el segundo tiempo. 20

2. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que la lógica de control está configurada también para:

detectar una primera polaridad de la onda progresiva transitoria;

recibir a través del puerto de comunicación una segunda polaridad de la onda progresiva 25 transitoria; y cuando la primera polaridad es la misma que la segunda polaridad, generar la localización del fallo estimada.

3. El IED de la reivindicación 1, en el que el primer valor comprende un primer valor de pico, 30 y el segundo valor comprende un segundo valor de pico.

4. El IED de la reivindicación 1, en el que el primer valor comprende un primer tiempo de llegada, y el segundo valor comprende un segundo tiempo de llegada.

5. El IED receptor de la reivindicación 1, que comprende además:

una entrada configurada para recibir la información de la corriente del sistema de suministro de energía eléctrica.

6. El IED receptor de la reivindicación 5, en el que la entrada está configurada para recibir la pluralidad de muestras de datos que representan mediciones del parámetro del sistema de 5 suministro de energía eléctrica.

7. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que el primer tiempo se compensa en base a un retardo asociado con la propagación de la onda progresiva transitoria en un cable secundario de una longitud conocida en comunicación con el IED receptor. 10

8. El IED receptor de la reivindicación 7, en el que el segundo tiempo se ajusta basándose en un retardo asociado con la propagación de la onda progresiva transitoria en un cable secundario de una longitud conocida en comunicación con el IED remoto.

9. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que la lógica de control está configurada además para generar una localización del fallo estimada en base a una medición de corriente de secuencia negativa recibida desde el IED remoto.

10. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que la lógica de control está configurada 20 además para generar una localización del fallo estimada en base a parámetros eléctricos medibles desde una única localización en el sistema de suministro de energía eléctrica.

11. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que la lógica de control comprende además un filtro de respuesta de impulso infinito de primer orden, estando el filtro de respuesta de 25 impulso infinito de primer orden configurado para detectar la onda progresiva transitoria.

12. El IED receptor de la reivindicación 11, en el que la lógica de control comprende, además, un umbral mínimo que depende de un nivel de ruido, y el umbral mínimo debe cumplirse para detectar la onda progresiva transitoria. 30

13. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que la lógica de control está configurada además para:

generar una localización del fallo estimada en base a una corriente de secuencia negativa y/o una medición de la tensión recibida desde el IED remoto; 35

generar una localización del fallo estimada en base a parámetros eléctricos que se pueden medir desde una única localización en el sistema de suministro de energía eléctrica y, seleccionar una localización del fallo de las localizaciones de fallos estimadas.

14. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que la localización del fallo estimada se calcula de acuerdo con: 5

en la que, FLTW es la localización del fallo estimada respecto a una localización del IED; 10

tL es el primer tiempo;

tR es el segundo tiempo;

v es la velocidad de propagación de la línea, y LL es la longitud de la línea.

15. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que la lógica de control está configurada además para:

calcular la distancia conocida mediante:

iniciar una onda progresiva de prueba en el IED receptor;

generar un primer tiempo de prueba al iniciar la onda progresiva de prueba; 20

recibir a través del puerto de comunicación un segundo tiempo de prueba asociado con la onda progresiva de prueba detectada por el IED remoto;

calcular la distancia conocida usando una diferencia entre el primer tiempo de prueba y el segundo tiempo de prueba , y una velocidad de propagación de línea.

16. El IED receptor de la reivindicación 1, en el que la lógica de control está configurada además para seleccionar una señal de corriente de entre una pluralidad de señales de corriente.

17. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) configurado para calcular una localización de fallos estimada en un sistema de suministro de energía eléctrica en base a una onda progresiva creada por un fallo eléctrico en el sistema de suministro de energía eléctrica, que comprende:

un bus de datos;

un procesador en comunicación con el bus de datos;

un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio en comunicación con el bus de datos, comprendiendo el medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio: 5

un módulo de estimación de localización de fallos de onda progresiva configurado para generar una localización de fallos en base a:

un primer tiempo asociado con un primer valor de una onda progresiva transitoria detectada en una primera localización y causada por un fallo eléctrico, y un segundo tiempo asociado con un segundo valor de la onda progresiva transitoria detectada en una segunda 10 localización a una distancia conocida de la primera localización;

un módulo de estimación de localización de fallos de múltiples extremos configurado para generar la localización del fallo en base a:

una primera medición de la corriente de secuencia negativa realizada en la primera localización, y 15

una segunda medición de la corriente de secuencia negativa realizada en la segunda localización, y un módulo de estimación de localización de fallos de localización de un solo extremo configurado para generar la localización del fallo en base a los parámetros eléctricos que se pueden medir desde una única localización en el sistema de suministro de energía eléctrica; 20

en el que el IED está configurado para generar una localización del fallo estimada usando uno de los módulos de estimación de la localización de fallos de ondas progresivas, el módulo de estimación de localización de fallos de múltiples extremos, y el módulo de estimación de localización de fallos de localización de un solo extremo en base a los datos disponibles. 25

18. El IED de la reivindicación 17, en el que el módulo de estimación de localización de fallos de onda progresiva, el módulo de estimación de localización de fallos de múltiples extremos, y el módulo de estimación de localización de fallos de localización de un solo extremo están, cada uno, asociados con una prioridad, y en el que la localización del fallo 30 estimada se calcula mediante el módulo que tiene datos suficientes disponibles y que tiene la prioridad más alta.

19. Un sistema para el cálculo de una localización de fallos en un sistema de suministro de energía eléctrica utilizando una onda progresiva detectada creada por un fallo eléctrico en el 35 sistema de suministro de energía eléctrica, que comprende:

un medio de comunicación entre un primer dispositivo electrónico inteligente (IED) y un segundo IED;

comprendiendo el primer IED:

un primer puerto de comunicaciones en comunicación con el medio de comunicación;

una primera lógica de control en comunicación con el primero puerto de comunicaciones y 5 configurada para:

detectar una onda progresiva transitoria causada por un fallo eléctrico mediante el uso de una primera pluralidad de muestras de datos que representan mediciones de un primer parámetro del sistema de suministro de energía eléctrica;

detectar un primer valor de la onda progresiva transitoria; 10

detectar un primera tiempo asociado con el primer valor;

estando el segundo IED situado a una distancia conocida del primer IED, comprendiendo el segundo IED:

un segundo puerto de comunicaciones en comunicación con el medio de comunicación;

una segunda lógica de control en comunicación con el segundo puerto de 15 comunicaciones y configurada para:

detectar la onda progresiva transitoria causada por el fallo eléctrico mediante el uso de una segunda pluralidad de muestras de datos que representan mediciones de un segundo parámetro del sistema de suministro de energía eléctrica;

detectar un segundo valor de la onda progresiva transitoria; 20

detectar un segundo tiempo asociado con el segundo valor;

transmitir el segundo tiempo asociado con el segundo valor al primer IED;

en el que la lógica de control del primer IED está configurada además para generar una localización de fallos estimada en base a la diferencia de tiempo entre el primer tiempo y el segundo tiempo. 25

20. El sistema de la reivindicación 19, en el que la lógica de control del segundo IED está configurada además para:

detectar una segunda polaridad de la onda progresiva transitoria, y

la lógica de control del primer IED está configurada además para: 30

detectar una primera polaridad de la onda progresiva transitoria, y cuando la primera polaridad es la misma que la segunda polaridad, generar la localización del fallo estimada.

21. El sistema de la reivindicación 20, en el que el primer valor comprende un primer valor 35 de pico, y el segundo valor comprende un segundo valor de pico.

22. El sistema de la reivindicación 20, en el que el primer valor comprende un primer valor de llegada, y el segundo valor comprende un segundo valor de llegada.

23. El sistema de la reivindicación 20, que comprende además: 5

una fuente de tiempo común en comunicación con el primer IED y el segundo IED, en el que el primer tiempo y el segundo tiempo se basan en la fuente de tiempo común.

24. El sistema de la reivindicación 23, en el que en una señal de tiempo común se distribuye por lo menos a uno del primer IED y el segundo IED utilizando el medio de comunicación. 10

25. El sistema de la reivindicación 20, en el que el primer tiempo se ajusta en base a un retardo asociado con la propagación de la onda progresiva transitoria en un cable secundario de una longitud conocida en comunicación con el primero IED.

26. El sistema de la reivindicación 20, en el que el segundo tiempo se ajusta en base a un retardo asociado con la propagación de la onda progresiva transitoria en un cable secundario de una longitud conocida en comunicación con el segundo IED.

27. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) para la protección de una porción de un 20 sistema de suministro de energía eléctrica, configurado para calcular una localización de fallos en el sistema de suministro de energía eléctrica en base a una onda progresiva creada por un fallo eléctrico en el sistema de suministro de energía eléctrica, comprendiendo el IED:

un bus de datos;

un procesador en comunicación con el bus de datos; 25

un almacenamiento legible por ordenador no transitorio en comunicación con el bus de datos, comprendiendo el medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio:

un elemento de protección para determinar una acción de protección para la porción del sistema de suministro de energía eléctrica;

un módulo de estimación de localización de fallos de onda progresiva configurado para 30 generar una localización de fallos en base a:

un primer tiempo asociado con un primer valor de una onda progresiva transitoria detectada en una primera localización y causada por la avería eléctrica;

un segundo tiempo asociado con un segundo valor de una onda progresiva transitoria detectada en la primera localización y causada por la avería eléctrica; y 35

una velocidad de propagación de línea;

en el que la localización del fallo se utiliza mediante el elemento de protección.

28. El IED de la reivindicación 27, en el que el primer valor comprende un primer valor de pico, y el segundo valor comprende un segundo valor de pico.

29. El IED de la reivindicación 28, en el que el primer valor comprende un primer valor de llegada, y el segundo valor comprende un segundo valor de llegada.

30. El IED de la reivindicación 28, que comprende además una entrada configurada para recibir información de la corriente del sistema de suministro de energía eléctrica. 10

31. El IED de la reivindicación 28, en el que el primer y segundo tiempos se ajustan en base a un retardo asociado con la propagación de la onda progresiva transitoria en un cable secundario de una longitud conocida en comunicación con el IED.

32. El IED de la reivindicación 28, en el que el módulo de estimación de localización de fallos de onda progresiva está configurado además para generar una localización del fallo estimada en base a mediciones de la tensión y/o de la corriente.