PROCEDIMIENTO DE MONITORIZACIÓN CONTINUA Y DIAGNÓSTICO DE FUENTES DE DESCARGAS PARCIALES (DPs) EN CABLES DE ALTA TENSIÓN DURANTE SU CONEXIÓN Y FUNCIONAMIENTO EN LA RED, Y SISTEMA FÍSICO PARA LA PUESTA EN PRÁCTICA DEL PROCEDIMIENTO.

Se describe un procedimiento especialmente concebido para detectar eventos asociados a descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión,

con identificación del emplazamiento, evaluación de la amplitud y tasa de repetición por periodo de la tensión de red, con posibilidad de identificar diferentes fuentes productoras de señales de DPs en función de su emplazamiento, y reconocer el tipo de defecto asociado a las DPs situadas en un mismo emplazamiento, realizando una medición de las señales eléctricas generadas y su discriminación respecto del ruido de fondo. También se describe un sistema de puesta en práctica del procedimiento que comprende medios para discriminar el ruido respecto a la forma de onda transitoria de la DP, determinar los parámetros asociado a ésta, determinar el mapa de fuentes de DPs a lo largo del cable, representar gráficamente estas fuentes, e identificar los patrones de las fuentes de DPs separados en función de su emplazamiento a lo largo del cable.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201000685.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: SANCHEZ URAN,Miguel Angel, ORTEGO LA MONEDAY,Javier, GARNACHO VECINO,FERNANDO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R31/08 FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para ensayo de propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizadas por lo que se está ensayando, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Localización de defectos en los cables, líneas de transmisión o redes.
PROCEDIMIENTO DE MONITORIZACIÓN CONTINUA Y DIAGNÓSTICO DE FUENTES DE DESCARGAS PARCIALES (DPs) EN CABLES DE ALTA TENSIÓN DURANTE SU CONEXIÓN Y FUNCIONAMIENTO EN LA RED, Y SISTEMA FÍSICO PARA LA PUESTA EN PRÁCTICA DEL PROCEDIMIENTO.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de monitorización continua y diagnóstico de fuentes de descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión durante su conexión y funcionamiento en la red, y sistema físico para la puesta en práctica del procedimiento.

Objeto de la invención

La presente invención trata sobre un nuevo procedimiento de monitorización de descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión (AT), con empalmes y terminaciones instalados cuando están en funcionamiento dentro de una red eléctrica de alta tensión alterna. El procedimiento consistente en la discriminación, localización, medida, identificación y diagnóstico de DPs, a fin de evaluar de forma continua el estado de su aislamiento cuando están en servicio. La invención incluye también un sistema físico para la puesta en práctica del procedimiento.

El nuevo procedimiento propuesto por la presente invención discrimina las señales de DPs respecto del ruido eléctrico, localiza la posición de las DPs, determina la magnitud de las DPs, identifica su comportamiento en función de la tensión de red y diagnóstica la gravedad de las diferentes fuentes de DPs, con el propósito de prevenir fallos en los cables de los sistemas eléctricos de media y alta tensión. El sistema físico para la puesta en práctica del procedimiento incluye sensores de captación de las señales a medir, dispositivos de registro de las señales de DPs, sistemas de transmisión de las señales, dispositivos de almacenamiento de la información, herramientas numéricas de análisis de los resultados que implementan el procedimiento y los elementos de protección necesarios.

Antecedentes y Sumario de la invención

El diagnóstico del aislamiento basado en la detección e interpretación de las descargas parciales, es uno de los procedimientos más prometedores para la evaluación del estado del aislamiento del material eléctrico de alta tensión, tales como transformadores de potencia, transformadores de medida, reactancias, aparamenta eléctrica y en particular de los cables con sus accesorios instalados en las redes eléctricas.

En el presente documento, una "descarga parcial" se refiere a una descarga eléctrica que afecta una parte limitada del aislamiento donde se produce, sin provocar su fallo inmediato, sino su progresiva degradación, excepto en caso del aislamiento constituido por el aire ambiente, ya que la degradación por efecto de la ionización se compensa con la renovación natural.

Sin embargo, muchos de los instrumentos disponibles en el mercado incluyen procedimientos con fuertes limitaciones cuando realizan medidas in situ en entornos característicos de las instalaciones de alta tensión con alto nivel de ruido eléctrico.

Existen tres importantes dificultades prácticas en las medidas in situ de descargas parciales de cables de AT, que la presente invención se ha propuesto como objetivo solventar:

- Por un lado está la dificultad de distinguir las señales eléctricas de DPs debidas a defectos del aislamiento de alta tensión de las señales eléctricas propias del ruido eléctrico del entorno (emisoras de radio, telefonía móvil, ruido blanco, etc.) que enmascaran las señales de DPs;

- por otro lado, está la dificultad de localizar la posición de las fuentes de las DPs a lo largo de la longitud del cable a fin de poder efectuar la oportuna reparación de la zona defectuosa, y

- por último, está la dificultad de identificar los eventuales defectos involucrados en una determinada posición del cable (por ejemplo en una terminación de cable) a fin de poder valorar la gravedad del defecto y actuar en consecuencia. A título de ejemplo, es sabido que las DPs debidas al efecto corona en el aire ambiente no son cruciales para el fallo del aislamiento, mientras que las DPs debidas a un defecto interno del cable producirán inevitablemente la perforación del aislamiento antes o después. Consecuentemente, es preciso conocer la gravedad de las fuentes de DPs.

Las técnicas actuales aplicadas a las mediciones de DPs en campo, tratan de resolver algunos de estos problemas de diferente forma, pero con fuertes limitaciones, según se explica a continuación:

a) Problemas de ruido eléctrico de fondo

La mayor parte de los métodos conocidos tratan de eliminar el ruido eléctrico de fondo suponiendo que se encuentra en una banda de frecuencia en la que se efectúa el filtrado. Debe destacarse que la propia concepción de esta técnica de filtrado produce la eliminación o atenuación del ruido junto a la atenuación o eliminación, también, de la señal a medir de descargas parciales para el rango de frecuencias filtradas.

En otros procedimientos conocidos se analiza el espectro de frecuencia de la señal de ruido a fin de elegir una banda de frecuencia de medida donde la amplitud del ruido es lo más baja posible. El inconveniente de este procedimiento es que, a veces, la banda de menor señal de ruido coincide con la banda donde la señal de DPs es también débil en amplitud, por lo que la medida de la DP es pobre e ineficiente. Por ejemplo, si la frecuencia elegida para la medida es elevada, entonces la atenuación por distancia puede ser excesiva y la sensibilidad insuficiente a las descargas parciales producidas en posiciones lejanas al sensor.

Finalmente, otro procedimiento conocido trata de eliminar el ruido mediante la clasificación de las señales registradas (DPs + ruido) en grupos. Los grupos se forman mediante la determinación de parámetros asociados a la forma de la señal (duración y frecuencia) y a su amplitud. El inconveniente específico de este procedimiento es que el procesamiento se efectúa por nivel de señal, de forma que para asegurar la captura de señales de DPs se debe reducir el nivel de adquisición y por tanto aumenta sensiblemente el contenido de señales de ruido. El procesamiento se hace muy pesado ya que se junta el ruido con las DPs.

Todos estos procedimientos indicados presentan además fuertes limitaciones frente al ruido blanco, cuyo espectro cubre todas las frecuencias de la señal de DP. Las técnicas de filtrado en frecuencia no se pueden aplicar ya que se perdería también la señal de DP, ni se puede elegir una banda de frecuencia donde no haya ruido, ya que en todas existe señal de ruido, ni tampoco se pueden distinguir grupos de DPs de frecuencia diferente a la del ruido.

Para remediar los problemas anteriores, la presente invención propone realizar la transformada de Wavelet de la señal registrada y analizar estadísticamente sus componentes, a fin de encontrar eventos transitorios característicos de los pulsos de DPs que se distingan de la evolución estadística del ruido eléctrico. Los pulsos reconocidos como DPs transitorias diferentes al ruido pueden proceder de defectos de aislamiento originados en el cable o en otros equipos de alta tensión, o pueden proceder también de la electrónica de potencia conectada a la red, ya que la electrónica de potencia produce similares eventos transitorios a los pulsos de DPs característicos de defectos de aislamiento. La herramienta de identificación del tipo de los pulsos de DPs a través de sus patrones en función del desfase con la tensión permite clasificar, de forma eficiente, los grupos de pulsos, distinguiendo los debidos a defectos de aislamiento de los debidos a la electrónica de potencia.

b) Problema de localización de la posición del pulso

La mayor parte de los procedimientos conocidos tratan la localización de los pulsos de DPs mediante la técnica de reflectometría, que consiste en adquirir las señales en una estación de medida situada en uno de los extremos del cable y determinar el retraso de tiempo entre la señal que procede directamente de la fuente de DPs y la señal que procede de la reflexión en el extremo opuesto del cable donde el circuito se deja abierto. La posición de la fuente de las DPs a lo largo del cable se determina teniendo en cuenta la velocidad de propagación de la señal de DP a través del cable. La eficacia de este procedimiento está limitada por los siguientes motivos:

- La señal reflejada debe viajar hasta el extremo final del cable abierto y retornar a lo largo de toda la longitud del cable. Consecuentemente, para cables largos de longitud superior a algún kilómetro, la señal reflejada puede llegar tan atenuada que muchos pulsos de DPs no podrán detectarse y consecuentemente no se podrá identificar su posición. Este problema se acentúa en el...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de monitorización continua de fuentes de descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión durante su conexión y funcionamiento en la red, mediante la discriminación, localización, medida, identificación y diagnóstico de fuentes de descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión, en particular un procedimiento que permite detectar eventos de tipo descarga parcial a través de la medida de la señales eléctricas generadas discriminándolas del ruido de fondo, identificar el emplazamiento de las DPs a lo largo del cable, conocer su amplitud y tasa de repetición, identificar diferentes fuentes productoras de señales de DPs en función de su emplazamiento donde fueron detectadas, y reconocer el tipo de defecto asociado a las DPs situadas en un mismo emplazamiento, caracterizado porque comprende:

- la medida (bloque 4.1) de forma sincronizada de señales analógicas captadas por al menos dos sensores que trabajan en un rango de frecuencias comprendido entre 50 kHz y 20 MHz, y las transforma en sus correspondientes señales digitales representativas;

- la discriminación (bloque 4.2) dentro de la señal medida en (bloque 4.1)de los instantes en los que se ha producido una descarga parcial y, en esos instantes, separa de la señal medida del ruido eléctrico, mediante la aplicación de la transformada Wavelet junto con el tratamiento estadístico de la señal medida;

- la determinación (bloque 4.3), para cada señal de tipo DP, de su magnitud, obtenida del análisis de su forma de onda, así como del instante que aparece la señal respecto al paso por cero de la onda de tensión aplicada;

- la determinación (bloque 4.4) para cada señal de tipo DP, de un conjunto de parámetros representativos obtenidos del análisis comparativo con otras señales de tipo DP captadas por sensores diferentes (parámetro de la fase donde se produce la DP, tiempo de llegada del pulso ti y parámetro de distancia desde el sensor al emplazamiento de la fuente de DP);

- la repetición (bloque 4.5) de los pasos de las etapas anteriores un número de veces suficiente como para poder calcular, para cada sensor, un valor representativo de la magnitud de la amplitud y de la tasa de repetición de pulsos de DP, siendo el número de adquisiciones que se considera suficiente para el referido cálculo de 50 adquisiciones de una ventana igual al período de la tensión de red;

- la determinación (bloque 4.6), a partir del conjunto de señales de tipo DP detectadas por cada sensor, del valor representativo de la magnitud del la amplitud y de la tasa de repetición de pulsos de DP por período de la onda de tensión de red asociado a las últimas 50 adquisiciones efectuadas;

- la repetición (bloque 4.7) de las etapas anteriores un número de veces suficiente, del orden de al menos 200 veces, como para poder disponer de una muestra de adquisiciones estadísticamente representativa para aplicar a las etapas posteriores;

- la determinación (bloque 4.8), del mapa de emplazamiento de señales de DPs, teniendo en cuenta el retraso de tiempos de llegada de las DPs procedentes de sensores contiguos y analizando la coherencia de señales de tipo DP obtenidas por otros sensores, mostrando en el mapa de emplazamiento las amplitudes de DPs y la tasa media de repetición de las citadas señales de tipo DP;

- la generación automática (bloque 4.9) del patrón de los pulsos de DPs en función del desfase con la onda de la tensión aplicada de cada uno de los grupos (4.9) de DPs situados en un mismo emplazamiento del cable, y

- la correlación (bloque 4.10) de cada grupo de fuente de DPs generado en (bloque 4.9) con defectos tipo productores de DPs mediante el reconocimiento de los patrones de las señales de DPs en función del desfase con la onda de tensión aplicada al cable a través de una red neuronal.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque(4.2) de discriminación de ruido, permite distinguir señales (2a.1 y 2b.1) con una forma de onda transitoria característica de una DP, con otras señales (1.1 y 1.2 de la figura 1) características de ruido eléctrico de fondo superpuesto.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque (4.4) relativa a la determinación de un conjunto de parámetros asociados a cada señal de DP detectada, permite conocer la fase donde se originó la señal de DP, y una primera estimación del emplazamiento de la fuente de la DP.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque (4.8) relativa a la determinación del mapa de las fuentes de DPs, permite validar o rechazar pulsos tipo DP relacionados con la posición de las fuentes de DPs a lo largo del cable, y permite conocer, en cada emplazamiento donde se identifica la presencia de fuentes de DP, la magnitud de los pulsos originales de DP y su tasa media de repetición, como parámetros estadísticos resultantes de un tratamiento de una muestra de población de DPs.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque(4.9) proporciona la representación gráfica de las fuentes de DPs como subconjuntos de las DPs posicionadas en la misma región del espacio a lo largo del cable.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque (4.10) proporciona la identificación de patrones de fuentes de DPs por aplicación de una red neuronal a los diferentes grupos de DPs separados en función de su emplazamiento a lo largo del cable.

7. Un sistema físico para la puesta en práctica del procedimiento según las reivindicaciones 1 a 6, especialmente diseñado para detectar señales de tipo descarga parcial (DP) en base a la realización de medidas simultáneas en todos los sensores dispuestos a lo largo de un cable y ser recogidas por un sistema central que permite discriminar el ruido respecto a la forma de onda transitoria característica de una DP, determinar los parámetros asociado a cada DP, determinar el mapa de fuentes de DPs a lo largo del cable, representar gráficamente las fuentes de DPs como subconjuntos de las DPs posicionadas en la misma región del espacio a lo largo del cable, e identificar los patrones de las fuentes de DPs separados en función de su emplazamiento a lo largo del cable, caracterizado porque comprende los subsistemas siguientes:

- subsistema (6.1) de control y análisis (SCA), en el que se recopilan y procesan las señales capturadas por los registradores digitales (6.2.2) y se aplican las etapas de procedimiento de las reivindicaciones 2 a 6;

- subsistemas (6.2) de medida (SM), instalados en puntos cercanos a las posiciones de monitorización, donde se reciben y retransmiten pulsos de sincronización, se captan las señales de descargas parciales a través de un equipo de protección y control, se registran y se envían las señales medidas al subsistema (6.1) de control y análisis para ser procesadas, y

- una red (6.3) de transmisión de datos (RTD), que permite transferir datos y órdenes desde el subsistema (6.1) de control y análisis hasta los subsistemas (6.2) de medida, distribuidos a lo largo del cable.

8. Herramienta numérica para la aplicación práctica de la metodología del procedimiento de las reivindicaciones 1 a 6, a fin de presentar los resultados de las medidas, analizarlas y emitir el diagnóstico del estado de un cable (bloque 4.11).


 

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