METODO Y DISPOSITIVO PARA PROTECCION DE UN SISTEMA ELECTRICO.

Método para proteger una zona en un sistema eléctrico, zona que comprende un número de líneas de transmisión conectadas a fuentes eléctricas y un número de líneas de transmisión conectadas a un número de cargas donde las fuentes eléctricas y las cargas se disponen fuera de la zona,

comprendiendo el método las etapas de:

- medir continuamente todas las corriente de entrada (I en) a la zona,

- medir continuamente todas las corriente de salida (Isal) de la zona, y

- calcular continuamente la corriente diferencial (I d) de acuerdo con caracterizado por integrar continuamente I en, I sal e I d de acuerdo con donde T es el ciclo de frecuencia fundamental, para obtener valores integrados ID, IEN, ISAL

- diferenciar continuamente los valores I N, I SAL e I D de acuerdo con donde k 1, k 2, k 3 constituyen los valores de la velocidad de cambio, y y,

- usar un sistema de dominio temporal discreto, si los valores de la velocidad de cambio se expresan como

- comparar continuamente los valores de la velocidad de cambio k1(i), k2(i) y k3(i) con los valores umbral establecidos en una lógica y, cuando la lógica se satisface, producir una señal de activación

Método y dispositivo para protección de un sistema eléctrico.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método para proteger una zona en un sistema eléctrico, zona que comprende un número de líneas de transmisión conectadas a fuentes eléctricas y un número de líneas de transmisión conectadas a un número de cargas, donde las fuentes eléctricas y las cargas se disponen fuera de la zona, comprendiendo el método las etapas de: medir continuamente todas las corrientes de entrada (I_en) a la zona, medir continuamente todas las corrientes de salida (I_sal) de la zona y calcular continuamente la corriente diferencial (I_d) de acuerdo con I_d = I_en - I_sal.

Antecedentes de la invención

Durante varios años ha habido un rápido desarrollo de los sistemas eléctricos y los requisitos de capacidad de éstos a su vez requieren principios de retransmisión altamente fiables para proteger el sistema o los componentes del sistema en caso de fallos. Estos requisitos de protección se aplican a muchas partes del sistema eléctrico tales como, por ejemplo, protección del diferencial del transformador, protección del diferencial del motor, protección del diferencial del generador y protección de la barra colectora.

En esta clase de sistema de protección, se han medido las corrientes de entrada y salida de una cierta zona de protección, ya que esto puede usarse para detectar si ocurre un fallo dentro o fuera de la zona de protección. Para medir estas corrientes, se usan los denominados transformadores de corriente o TC, uno en cada línea de entrada y salida. Adicionalmente, cada línea está provista de un disyuntor para cortar la línea en caso de un fallo. Tradicionalmente, las corrientes secundarias de todos los TC se conducían a un relé diferencial central que calculaba el diferencial y la corriente de restricción, las comparaba y tomaba la decisión de activar o no todos los disyuntores de las líneas de entrada y salida de la zona de protección. En el caso de un fallo interno, es decir, un fallo dentro de la zona de protección, el relé diferencial debería activar los disyuntores.

Sin embargo si el relé diferencial activa todos los disyuntores del circuito durante un fallo externo o tiene un fallo de funcionamiento durante las condiciones operativas normales, esto provocaría consecuencias técnicas y económicas graves para el sistema eléctrico.

Una solución a esto es tener un principio de procesamiento de algoritmo distribuido o descentralizado. Este principio se presenta en el documento "Implementation of a distributed digital bus protection system", de He Jaili et al., IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 12, Nº 4, Octubre de 1997. Aquí todo el sistema de protección del colector se divide en un número de unidades de protección, cada una instalada en el circuito del colector, es decir, las líneas de transmisión de entrada y salida o el transformador. Todas las unidades de protección están conectadas mediante una red de comunicación de datos. Cada unidad muestra y compara valores instantáneos del diferencial y de las corrientes de restricción y toma la decisión de activar o no su propio disyuntor del circuito.

El algoritmo de protección de baja impedancia usado ampliamente en los sistemas de protección digitales puede expresarse de la siguiente manera. Si por ejemplo suponemos una barra colectora que conecta N líneas, la corriente diferencial I_d y la corriente de restricción I_r entre estas líneas se expresan como

En el caso de un fallo interno, entonces I_d = I_r y la ecuación (3) puede confirmarse si se eligen valores apropiados de k (k<1) y D. La ecuación (3) se conoce también como el porcentaje de protección diferencial, ya que introduce la corriente de restricción para hacer a la protección más estable para fallos externos.

En el caso de cargas normales o fallos externos, I_d debería ser de orden cero para que la ecuación (3) se satisfaga y no se expida una señal de activación.

Sin embargo, para fallos externos, I_d será mayor de cero durante el periodo de saturación del TC, provocando un fallo de funcionamiento durante este periodo de tiempo. La saturación ocurre como resultado de fallos de corriente altamente impredecibles durante los cuales el TC se satura y produce valores no proporcionales erróneos para la corriente real. El problema técnico principal para el algoritmo de protección diferencial es, por lo tanto, un fallo de funcionamiento debido a fallos externos principalmente debido a la saturación del TC en la línea defectuosa que producirían un cuadro similar a un fallo interno en los circuitos de medición, es decir, la corriente diferencial I_d sería la misma que la corriente de restricción I_r durante el periodo de saturación del TC cuando ocurre un fallo externo.

Otro problema con el sistema anterior es que, debido a los problemas de saturación del transformador mencionados anteriormente, se requiere una señal de corriente de restricción estabilizada para mantener la estabilidad en el caso de un fallo externo. Como consecuencia, el tiempo de activación aumenta a por encima de 20 milisegundos. Para la mayoría de sistemas, sin embargo, se requiere tener señales de activación más rápidas, preferiblemente por debajo de 15 milisegundos debido a los requisitos de estabilidad y seguridad del sistema.

Breve descripción de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un algoritmo de activación rápida para la protección de un sistema eléctrico que resuelve los problemas mencionados anteriormente encontrados con la presente tecnología.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un medio para garantizar el suministro de energía eléctrica a través de una zona protegida en un caso de que el fallo sea externo a la zona protegida.

Estos objetos se consiguen mediante un método de acuerdo con la reivindicación 1 y un dispositivo para realizar el método de acuerdo con la reivindicación 3. Otros aspectos de la presente invención están cubiertos por las reivindicaciones dependientes.

La presente invención representa un número de ventajas sobre el estado de la técnica. Como los valores integrados de las corrientes de entrada, salida y diferencial se usan para determinar dónde ha ocurrido un fallo, se obtienen valores mucho más estables. Esto significa que la evaluación será más fiable y precisa y que los fallos externos no activarán erróneamente el dispositivo de protección. Debido a que los valores de la velocidad de cambio, basados en las corrientes de entrada, salida y diferencial, presentan un comportamiento muy característico dependiendo de si el fallo es dentro o fuera de la zona de protección, el riesgo de activar erróneamente el sistema se reduce sustancialmente.

Adicionalmente, el dispositivo de protección no se verá influido por la saturación del transformador de corriente con la presente invención. Con el algoritmo presentado, puede obtenerse una señal de activación muy rápida que funciona por debajo de los niveles de la corriente de fallo o bien por debajo del tiempo operativo de los dispositivos de protección convencionales.

Otra ventaja de una realización de la presente invención es que el método puede usarse para garantizar la transmisión de energía a través de un área protegida en el caso de un fallo que es externo al área protegida. Dicha garantía de suministro asegurado con un riesgo muy reducido de interrupciones eléctricas, pérdidas de intensidad, etc. debido a una activación defectuosa en un área protegida es de gran beneficio económico, especialmente para un proveedor de energía eléctrica. Dicha garantía facilita el evitar la pérdida innecesaria de suministro que conduce a consecuencias extremadamente caras en términos de pérdidas de producción, desechos de producción, tiempos muertos de la planta caros y similares.

Estos y otros aspectos de, y ventajas con la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada y a partir de los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

En la descripción detallada de la invención, se hará referencia a los dibujos adjuntos, de los cuales

La Figura 1 muestra esquemáticamente el principio de una zona de protección de acuerdo con la...

1. Método para proteger una zona en un sistema eléctrico, zona que comprende un número de líneas de transmisión conectadas a fuentes eléctricas y un número de líneas de transmisión conectadas a un número de cargas donde las fuentes eléctricas y las cargas se disponen fuera de la zona, comprendiendo el método las etapas de:

- medir continuamente todas las corriente de entrada (I_en) a la zona,

- medir continuamente todas las corriente de salida (I_sal) de la zona, y

- calcular continuamente la corriente diferencial (I_d) de acuerdo con

caracterizado por integrar continuamente I_en, I_sal e I_d de acuerdo con

donde T es el ciclo de frecuencia fundamental, para obtener valores integrados I_D, I_EN, I_SAL

- diferenciar continuamente los valores I_N, I_SAL e I_D de acuerdo con

donde k₁, k₂, k₃ constituyen los valores de la velocidad de cambio, y

- usar un sistema de dominio temporal discreto, si los valores de la velocidad de cambio se expresan como

y,

- comparar continuamente los valores de la velocidad de cambio k₁(i), k₂(i) y k₃(i) con los valores umbral establecidos en una lógica y, cuando la lógica se satisface, producir una señal de activación.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por comparar continuamente adicionalmente el valor integrado de I_D con un valor umbral en dicha lógica, y cuando la lógica se satisface, producir una señal de activación con respecto a un fallo dentro de la zona.

3. Dispositivo para proteger una zona en un sistema eléctrico, zona (ZP) que comprende un número de líneas de transmisión (12) conectadas a fuentes eléctricas y un número de líneas de transmisión conectadas a un número de cargas donde las fuentes eléctricas y las cargas se disponen fuera de la zona, comprendiendo medios (TC) para medir continuamente todas las corrientes de entrada a la zona, medios (TC) para medir continuamente todas las corrientes de salida de la zona y medios (14) para calcular continuamente la corriente diferencial de acuerdo con:

caracterizado por medios para integrar continuamente I_en, I_sal e I_d de acuerdo con

donde T es el ciclo de frecuencia fundamental, para obtener valores integrados I_D, I_EN, I_SAL

medios para diferenciar continuamente los valores de I_D, I_SAL, e I_EN de acuerdo con

donde k₁, k₂, k₃ constituyen valores de la velocidad de cambio, y

usar un sistema de dominio temporal discreto, si los valores de la velocidad de cambio se expresan como

y medios para comparar continuamente los valores de la velocidad de cambio k₁(i), k₂(i) y k₃(i) con los valores umbral establecidos en una lógica y, cuando la lógica se satisface, producir una señal de activación.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que las líneas de transmisión se disponen con disyuntores de circuito (13) y medios para producir una señal de activación para todos los disyuntores en dicha zona para desconectar la conexión de las líneas de transmisión basándose en las indicaciones de los valores I_EN, I_SAL e I_D.

5. Uso de un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3 para detectar fallos y desconectar una o más líneas de transmisión en el caso de un fallo interno.

6. Producto de programa informático que comprende medios de código de ordenador y/o partes de código de software para hacer que un ordenador o procesador ejecute las etapas de acuerdo con la reivindicación 1.

7. Producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que compara continuamente adicionalmente el valor integrado de I_D con un valor umbral en dicha lógica y, cuando la lógica se satisface, produce una señal de activación.

8. Producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 6, contenido en o dentro de un medio legible por ordenador.