Procedemiento para la protección diferencial de transformadores.

Se proporciona un procedimiento para la protección diferencial de transformador midiendo una pluralidad de corrientes correspondientes a un primer conjunto de bobinados y a un segundo conjunto de bobinados de un transformador,

y compensando las corrientes en base a sus respectivos flujos a través del primer conjunto de bobinados, o bien a través del segundo conjunto de bobinados. Las corrientes compensadas pueden aumentarse intencionalmente para compensar condiciones de corriente de magnetización y/o de sobre-excitación estática, asociadas al transformador. El aumento basado en la sobre-excitación estática, por ejemplo, puede basarse bien en la restricción de armónicos o bien en una adición de una razón V/Hz a una señal restrictiva. Se calcula una razón compleja de corrientes correspondiente a la pluralidad de corrientes compensadas. La razón compleja de corrientes puede basarse en un aparato de suministro eléctrico equivalente de dos terminales. Luego, se aplica un análisis de plano alfa a la razón compleja de corrientes. En base al análisis de plano alfa, se activa selectivamente un aparato de suministro eléctrico que incluye el transformador.

Procedimiento para la Protección diferencial de transformadores Objeto de la invención Esta invención se refiere a sistemas de protección diferencial. Más específicamente, esta invención incluye sistemas y procedimientos para la protección diferencial de transformadores, usando un análisis de plano alfa, restricción de armónicos y / o restricción de sobre-excitación en base a una medición de voltios por hercio (V/Hz) .

Antecedentes de la invención La protección diferencial de transformadores se basa en la comparación de variables medidas asociadas a un transformador. Por ejemplo, la protección diferencial de transformadores puede incluir comparar los valores instantáneos de las corrientes de fase en extremos distintos del transformador (o en extremos distintos de una línea de suministro eléctrico u otro aparato de suministro eléctrico que incluya un transformador) . La comparación de corriente incluye tanto el valor absoluto (magnitud) como la fase de los valores medidos.

Antes de que se comparen las corrientes de los bobinados individuales de transformadores, se compensan para las conexiones de bobinado (p. ej., usando el emparejamiento de grupos vectoriales, el emparejamiento de razones y el emparejamiento de secuencias cero) según la técnica de protección diferencial de transformadores. Por ejemplo, las corrientes en los extremos individuales de un aparato de suministro eléctrico que incluye un transformador de energía pueden emparejarse con respecto a transformaciones de valores absolutos, resultantes de razones calificadas de transformación del transformador y de un transformador de corriente. Debido a que la fase de las variables medidas también está incluida en la comparación de corriente, las relaciones de fase de las corrientes de fase emparejadas por amplitud también se emparejan de acuerdo a un respectivo grupo vectorial.

Después de que se han emparejado las corrientes de los extremos individuales, el aparato de suministro eléctrico que incluye el transformador puede verse como un nodo de corriente, en el cual la suma de las corrientes de todos los extremos (p. ej., una corriente diferencial) es igual a cero en la operación libre de fallos, en condiciones idealizadas. En otras palabras, en condiciones ideales, solamente un fallo interno causa que la corriente diferencial difiera del cero. En la práctica, sin embargo, la corriente de magnetización y las condiciones de sobre-excitación asociadas al transformador, junto con otras condiciones asociadas al aparato de suministro eléctrico (p. ej., errores de medición) causan que la corriente diferencial difiera de cero. Por tanto, las determinaciones de fallos internos no se basan únicamente en el valor de la corriente diferencial. En cambio, las determinaciones de fallos internos también se basan en una función de una corriente restrictiva, que representa una corriente de paso del aparato de suministro eléctrico que se está protegiendo, y en un análisis más exhaustivo de la corriente diferencial.

En un sistema de distribución de suministro eléctrico, por ejemplo, las líneas de sub-transmisión pueden operarse con transformadores en línea, sin un interruptor entre la línea y el transformador. Estos dos recursos pueden protegerse con una única zona de protección. Si se usa un relé diferencial de corriente para la protección, las funciones diferenciales de corriente del relé deberían compensar las conexiones de bobinado del transformador, y proporcionar una seguridad adecuada durante la magnetización y las condiciones de sobre-excitación. La corriente de magnetización de un transformador de energía se hace presente como una señal diferencial espuria y (sin bloqueo o restricción adecuados) puede causar una operación de retransmisión no deseada. La sobre-excitación estática del núcleo del transformador, debido al alto voltaje y / o a la baja frecuencia, también puede crear una falsa corriente diferencial, y debería asimismo bloquearse o restringirse.

El bloqueo de armónicos por magnetización y sobre-excitación puede llevarse a cabo midiendo los armónicos segundo y quinto en la corriente diferencial y comparándolos con umbrales del usuario. El bloqueo de fase cruzada o el cuarto armónico también puede usarse, según el diseño de relés y las preferencias del usuario.

Un problema del uso del quinto armónico para la restricción estática de la sobre-excitación es que la tasa de muestreo del relé diferencial de corriente de línea puede ser demasiado baja para medir adecuadamente el quinto armónico de la corriente diferencial. Desde una perspectiva de diseño de relé, el operar con un canal de comunicación de un ancho de banda limitado es una restricción general de un sistema diferencial de corriente de línea basado en microprocesadores. Históricamente, y prácticamente hasta hoy, los relés diferenciales de corriente funcionan con canales de 64 kbps. Incluso aunque las conexiones de fibra de punto a punto permiten anchos de banda en la gama de las decenas de megabits por segundo, y que los canales multiplexados pueden solicitarse con un ancho de banda de Nx64 kbps, el ancho de banda de 64 kbps continúa siendo un escenario común de aplicación.

La protección diferencial de corriente puede llevarse a cabo usando bien un principio porcentual de protección diferencial o bien un principio de protección de plano alfa (expuesto en detalle más adelante) para detectar fallos. El principio porcentual de protección diferencial compara la magnitud de una corriente diferencial con un cierto porcentaje de una corriente restrictiva. El principio de protección de plano alfa mitiga los problemas con la sincronización basada en las comunicaciones, entre múltiples relés en un sistema diferencial de corriente. En general, sin embargo, el principio de protección del plano alfa carece de

soporte para el concepto de restricción de armónicos, que puede usarse para tratar las corrientes de magnetización y las condiciones de sobre-excitación del núcleo asociadas a los transformadores.

Un sistema de protección de plano alfa se revela en la Patente Estadounidense Nº 6.518.767, titulada “Sistema de protección diferencial de línea para una línea de alta tensión”, que está cedida al cesionario de la presente descripción, y que se incorpora por tanto a la presente memoria a todos los efectos. El principio de protección diferencial de corriente de plano alfa (o principio de plano alfa) revelado en la Patente Estadounidense Nº 6.518.767 proporciona un sistema de protección diferencial de línea que, si bien aún depende de un canal de comunicación, incluye mejoras significativas con respecto a otras consideraciones de sistema, incluso una alta cobertura de resistencia a fallos y características operativas y sensibilidad mejoradas, manteniendo a la vez la seguridad del sistema de suministro eléctrico.

Descripción de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento para la protección diferencial de transformadores, que comprende: -medir una pluralidad de corrientes correspondientes a un primer conjunto de bobinados y a un segundo conjunto de bobinados de un transformador; -compensar la pluralidad de corrientes medidas en base a sus respectivos flujos a través del primer conjunto de bobinados, o bien a través del segundo conjunto de bobinados, en donde la compensación se basa en un modelo de un nodo de corriente ideal, teniendo el modelo igual flujo de corriente hacia y desde el nodo de corriente en el

funcionamiento libre de fallos; -calcular una razón compleja de corrientes correspondiente a la pluralidad de corrientes compensadas; -aplicar un análisis de plano alfa a la razón compleja de corrientes; y -activar selectivamente, en base al análisis de plano alfa, un aparato de suministro eléctrico que incluye el transformador.

Otro aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para la protección diferencial de transformadores que comprende: -medir una pluralidad de corrientes correspondientes a un primer conjunto de bobinados y a un segundo conjunto de bobinados de un transformador; -compensar la pluralidad de corrientes medidas en base a sus respectivos flujos a través del primer conjunto de bobinados, o bien a través del segundo conjunto de bobinados, en donde la compensación se basa en un modelo de un nodo de corriente ideal, teniendo el modelo igual flujo de corriente hacia y desde el nodo de corriente, en el

funcionamiento libre de fallos; -calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las corrientes compensadas; -calcular una corriente restrictiva correspondiente a las corrientes compensadas; -determinar un voltaje y una frecuencia aplicados al transformador; -calcular una razón de voltios por hercio (V/Hz)...

1. Un procedimiento para la protección diferencial de transformadores, caracterizado porque comprende:

medir una pluralidad de corrientes correspondientes a un primer conjunto de bobinados y a un segundo conjunto de bobinados de un transformador; compensar la pluralidad de corrientes medidas en base a sus respectivos flujos a través del primer conjunto de bobinados, o bien a través del segundo conjunto de bobinados, en donde la compensación se basa en un modelo de un nodo de corriente ideal, teniendo el modelo igual flujo de corriente hacia y desde el nodo de corriente en el funcionamiento libre de fallos; calcular una razón compleja de corrientes correspondiente a la pluralidad de corrientes compensadas; aplicar un análisis de plano alfa a la razón compleja de corrientes; y activar selectivamente, en base al análisis de plano alfa, un aparato de suministro eléctrico que incluye el transformador.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la compensación de la pluralidad de corrientes medidas comprende:

realizar el emparejamiento de razones en base a las razones de transformación del transformador y a un transformador de corriente conectado; y

realizar la eliminación de secuencias cero y la compensación de grupos vectoriales.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque la compensación de la pluralidad de corrientes medidas comprende adicionalmente:

calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las corrientes compensadas; y calcular una corriente restrictiva correspondiente a las corrientes compensadas.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque comprende adicionalmente:

aumentar la corriente restrictiva en base a al menos una entre una corriente de magnetización y la sobre-excitación del transformador.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, caracterizado porque aumento de la corriente restrictiva comprende: determinar al menos un armónico de la corriente diferencial; y añadir dicho (s) armónico (s) a los términos de corriente restrictiva usando uno o más multiplicadores seleccionados.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, caracterizado porque el aumento de la corriente restrictiva en base a la corriente de magnetización asociada al transformador comprende:

añadir una magnitud de al menos uno entre un segundo y un cuarto armónico de la corriente diferencial a la corriente restrictiva, usando dicho (s) multiplicador (es) seleccionado (s) .

7. El procedimiento de la reivindicación 5, caracterizado porque el aumento de la corriente restrictiva en base a la sobreexcitación del transformador comprende:

añadir una magnitud de un quinto armónico de la corriente diferencial a la corriente restrictiva usando dicho (s) multiplicador (es) seleccionado (s) .

8. El procedimiento de la reivindicación 4, caracterizado porque el aumento de la corriente restrictiva en base a la sobreexcitación del transformador comprende: determinar un voltaje y una frecuencia aplicados al transformador; calcular una razón de voltios por hercio (V/Hz) en base al voltaje y frecuencia determinados aplicados al transformador;

comparar la razón V/Hz con un valor de umbral; y en respuesta a la comparación, aumentar selectivamente la corriente restrictiva añadiendo un valor basado en la razón V/Hz a la corriente restrictiva.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, caracterizado porque la determinación del voltaje comprende:

medir un voltaje local en un terminal local;

medir una corriente local en el terminal local; y

calcular un voltaje remoto correspondiente a un terminal remoto donde está situado el transformador, siendo el voltaje remoto aproximadamente igual al voltaje local medido, menos un producto de la corriente local medida y una impedancia de una línea de transmisión entre el terminal local y el terminal remoto.

10. El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque el transformador es un transformador en línea del aparato de suministro eléctrico, en el cual el aparato de suministro eléctrico comprende una línea de transmisión eléctricamente conectada con uno de los conjuntos de bobinados del transformador en línea, comprendiendo adicionalmente el procedimiento:

determinar una corriente de carga de línea; y

restar la corriente de carga de línea determinada a la corriente diferencial.

11. El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque el cálculo de la razón compleja de corrientes comprende:

convertir la corriente diferencial y la corriente restrictiva en una primera corriente equivalente de un aparato de suministro eléctrico equivalente de dos terminales y en una segunda corriente equivalente del aparato de suministro eléctrico equivalente de dos terminales,

en donde una suma de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente es esencialmente igual a la corriente diferencial calculada correspondiente a las corrientes compensadas, y

en donde los valores de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente producen esencialmente la corriente restrictiva calculada correspondiente a las corrientes compensadas; y

calcular una razón compleja entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, caracterizado porque la aplicación del análisis de plano alfa comprende: calcular un valor de magnitud de la razón compleja entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente; calcular un valor de diferencia angular entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente; y comparar el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular con valores preseleccionados que establecen

una región de fases en un plano de razones de corriente,

en donde, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están fuera de la región establecida, se permite la activación, y en donde, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están dentro de la región establecida,

se bloquea la activación.

13. El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque el cálculo de la corriente restrictiva comprende realizar uno o más cálculos seleccionados entre el grupo que comprende: sumar valores absolutos de las tres o más corrientes medidas;

seleccionar un valor máximo de las amplitudes de las tres o más corrientes medidas; y producir un producto de amplitudes de las tres o más corrientes medidas.

14. Un procedimiento para la protección diferencial de transformadores caracterizado porque comprende:

medir una pluralidad de corrientes correspondientes a un primer conjunto de bobinados y a un segundo conjunto de bobinados de un transformador; compensar la pluralidad de corrientes medidas en base a sus respectivos flujos a través del primer conjunto de bobinados, o bien a través del segundo conjunto de bobinados, en donde la compensación se basa en un modelo de un nodo de corriente ideal, teniendo el modelo igual flujo de corriente hacia y desde el nodo de corriente, en el funcionamiento libre de fallos; calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las corrientes compensadas; calcular una corriente restrictiva correspondiente a las corrientes compensadas;

determinar un voltaje y una frecuencia aplicados al transformador; calcular una razón de voltios por hercio (V/Hz) en base al voltaje y frecuencia determinados aplicados al transformador; comparar la razón V/Hz con un valor de umbral; en respuesta a la comparación, aumentar selectivamente la corriente restrictiva añadiendo un valor basado en la razón V/Hz a

la corriente restrictiva; y activar selectivamente un aparato de suministro eléctrico que incluye el transformador en base a un análisis diferencial de corriente de línea que usa la corriente diferencial y la corriente restrictiva aumentada.

15. El procedimiento de la reivindicación 14, caracterizado porque el análisis diferencial de corriente de línea comprende un análisis diferencial porcentual.

16. El procedimiento de la reivindicación 14, caracterizado porque el análisis diferencial de corriente de línea comprende un análisis de plano alfa.

17. El procedimiento de la reivindicación 16, caracterizado porque el análisis de plano alfa comprende:

convertir la corriente diferencial y la corriente restrictiva aumentada en una primera corriente equivalente de un aparato de suministro eléctrico equivalente de dos terminales y en una segunda corriente equivalente del aparato de suministro eléctrico equivalente de dos terminales,

en donde una suma de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente es esencialmente igual a la corriente diferencial calculada correspondiente a las corrientes compensadas, y

en donde los valores de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente producen esencialmente la corriente restrictiva calculada correspondiente a las corrientes compensadas; y

calcular una razón compleja entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, caracterizado porque el análisis de plano alfa comprende adicionalmente: calcular un valor de magnitud de la razón compleja entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente; calcular un valor de diferencia angular entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente; y comparar el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular con valores preseleccionados que establecen

una región de fases en un plano de razones de corriente,

en donde, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están fuera de la región establecida, se permite la activación, y en donde, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están dentro de la región establecida,

se bloquea la activación.

19. El procedimiento de la reivindicación 14, caracterizado porque la determinación del voltaje comprende: medir un voltaje local en un terminal local; medir una corriente local en el terminal local; y calcular un voltaje remoto correspondiente a un terminal remoto donde está situado el transformador, siendo el voltaje remoto

aproximadamente igual al voltaje local medido, menos un producto de la corriente local medida y una impedancia de una línea de transmisión entre el terminal local y el terminal remoto.