Sistema y procedimiento de localización de fallos en una línea de transporte de energía de múltiples extremos.

Un sistema (100) de detección de posición de fallos para una línea de transporte de energía que tiene al menos dosterminales (105,

110, 115) y al menos dos segmentos de línea y una toma (220) común a cada uno de los segmentos delínea, comprendiendo el sistema:

primeros medios para representar voltajes y corrientes trifásicas por señales compuestas de corriente y voltaje en cadauno de los terminales (105, 110, 115), para determinar el voltaje entre la toma (220) y cada terminal (105, 110, 115) ypara determinar los valores residuales del voltaje y la corriente para cada segmento de línea;

segundos medios para determinar cuál de los segmentos de línea de la línea de transporte de energía es un segmentode línea fallado, que contiene un fallo (150), usando las mediciones de fasor de voltaje y corriente compuestos de lasseñales de corriente y voltaje compuestos y de los valores residuales del voltaje y la corriente;

terceros medios para determinar una ubicación fraccionaria de fallo a partir de un terminal (105, 110, 115) en elsegmento de línea fallado, usando las mediciones de fasor de voltaje y corriente compuestos y los valores residuales delvoltaje y la corriente;

cuartos medios para determinar la posición del fallo en el segmento de línea fallado, usando la ubicación fraccionaria delfallo y la longitud del segmento de línea fallado, sobre el cual está localizado el fallo (150).

Sistema y procedimiento de localización de fallos en una línea de transporte de energía de múltiples extremos El campo de la invención se refiere, en general, a la identificación y localización de fallos en líneas de transporte de energía eléctrica.

La capacidad de determinar exactamente la ubicación de fallos en líneas de sistemas de energía, y la de estimar la impedancia aproximada de fallos, son importantes, ya que facilitan el despacho rápido de las cuadrillas de campo, la inspección más rápida y los tiempos de reparación más cortos, todos ellos conducentes a una restauración más rápida de la línea de transporte afectada. A la vez, la ubicación precisa de fallos es un desafío técnico, principalmente porque la estimación de la ubicación del fallo se hace en base a una cantidad muy limitada de información recogida solamente en los terminales de línea. Los problemas que deben ser superados incluyen la precisión finita de modelación de las líneas de transporte, los errores de los instrumentos de medición, los errores en la estimación de los parámetros de los modelos de la línea y del sistema, el acoplamiento con líneas de transporte de sistemas adyacentes de energía, la resistencia a los fallos, desconocida y a menudo no lineal, la duración finita de los fallos, que da como resultado una breve ventana temporal de datos disponibles.

La localización de fallos es efectuada usualmente como un anexo al funcionamiento de los relés protectores de sistemas de energía basados en la distancia. Los enfoques más comunes usan mediciones de voltaje y de corriente desde un único terminal de línea para estimar la localización de fallos, usando diversas hipótesis y aproximaciones. Tales enfoques son denominados procedimientos de extremo único y no son muy precisos. La falta de precisión absoluta es principalmente un resultado de tener más incógnitas que las ecuaciones que podrían obtenerse del modelo de línea y de sistema basado en mediciones desde un extremo de la línea. Como resultado, se plantean hipótesis. Diversas hipótesis producen diversos procedimientos de localización de fallos de extremo único. Cuando las hipótesis son satisfechas en una situación dada de fallo, el resultado de la localización del fallo es exacto. Si las hipótesis no son satisfechas, tendrá lugar un error inherente, a veces muy significativo, del procedimiento.

Los sistemas de localización de fallos que utilizan información de más de un terminal de línea se denominan localizadores de fallos de múltiples extremos. Un localizador de fallos de múltiples extremos elimina el punto débil básico de un enfoque de extremo único, pero requiere canales de comunicación para retransmitir datos desde terminales de línea geográficamente dispersos hacia una única ubicación, donde se realizan los cálculos reales de localización de fallos. Algunos procedimientos de localización de fallos de múltiples extremos también requieren la sincronización de los datos entre los terminales de línea. Estos dos requisitos hacen que los procedimientos de localización de fallos de múltiples extremos sean difíciles de implementar. La Patente Estadounidense 6.256.592, por ejemplo, describe un sistema de múltiples extremos para localizar un fallo en una línea de energía, usando el valor de la magnitud de la corriente de secuencia negativa y la magnitud y los valores angulares de la impedancia de secuencia negativa, en el momento en que ocurre el fallo. La magnitud y la información angular son transmitidas entre dos terminales del sistema de múltiples extremos, de modo que el punto de localización del fallo pueda ser determinado a partir de la información. La Patente Estadounidense 6.256.592 usa la información de la corriente de secuencia negativa para producir resultados en tiempo casi real, reduciendo la cantidad de datos que deben ser transmitidos entre los terminales. La Patente Estadounidense 6.879.917 usa corrientes y voltajes de secuencia positiva o negativa para localizar fallos. La mayoría de los tipos de fallos están cubiertos por el procedimiento de secuencia negativa de la patente. Los fallos equilibrados trifásicos no producen ninguna señal de secuencia negativa que inutilice el procedimiento de secuencia negativa de la Patente Estadounidense 6.879.917. Por lo tanto, dicho procedimiento patentado añade las ecuaciones basadas en secuencias positivas para eliminar este punto débil. Como resultado, dos conjuntos de cálculos deben ser ejecutados en paralelo, o bien debe ser realizada una identificación grosera del tipo de fallo.

El documento de JOE-Air Jiang et al: “Un nuevo esquema de protección para la detección, la dirección, la discriminación, la clasificación y la localización de fallos en líneas de transporte”, Transacciones del IEEE sobre Suministro de Energía, Centro de Servicios del IEEE, Nueva York, NY, EE UU, VOL. 18, Nº 1, 1 de enero de 2003 (2003-01-01) , XP011078917, ISSN: 0885-8977, DOI: 10.1109/TPWRD.2003.809882, describe una técnica adaptable de detección / localización de fallos basada en una Unidad de Gestión de Energía, usando fasores sincronizados de dos terminales y un modelo de línea distribuida. El punto de fallo es determinado usando valores modales constantes de propagación, valores modales de impedancia de sobretensión y fasores de modalidad sincronizada de voltajes y corrientes del extremo receptor, o del extremo emisor, respectivamente.

El documento de Calero F.: “Renacimiento de cantidades de secuencia negativa en la retransmisión protectora con relés basados en microprocesadores”, Ingenieros de Relés Protectores, 57-ima Conferencia Anual de 2004 para la Estación del Colegio, Tejas, EE UU, Piscataway, NJ, EE UU, IEEE, 1 de enero de 2004 (2004-01-01) , páginas 190 a 219, XP010698085, ISBN: 978-0-7803-8423-3, describe el uso de parámetros de secuencia negativa equivalentes a la impedancia de secuencia positiva en el cálculo de las localizaciones de fallos.

La Solicitud de Patente Internacional Nº 98 / 11641 describe un procedimiento de detección de fallos en un sistema de línea de transporte de energía que incluye medir simultáneamente muestras de corrientes de fase en cada fase de cada terminal de transporte, y calcular minifases reales e imaginarias que comprenden sumas parciales de las muestras actuales de fases.

La Patente Estadounidense Nº 4275429 describe un aparato piloto de relé protector de retransmisión para líneas de transporte de corriente alterna trifásica de alto voltaje. Es de estado absolutamente sólido, y toma decisiones de pulsación en base a tres comparaciones distintas de las condiciones de corriente de línea, cercanas y lejanas, representadas por las señales de voltaje unifásico obtenidas de la corriente de línea. Las tres comparaciones indican la magnitud de la diferencia de fasores, la magnitud del ángulo de fase y las magnitudes absolutas del promedio relativo.

La necesidad de una identificación del tipo de fallo es un punto débil para los sistemas de tiempo real con un ancho de banda de comunicación limitado. La parte remota del localizador necesita enviar señales basadas tanto en secuencias negativas como positivas, o bien las dos partes del localizador deben funcionar impecablemente en términos de identificación de tipos de fallos. Si una parte envía la información basada en secuencias negativas, mientras que la otra parte la combina con la información basada en secuencias positiva, tendrán lugar errores significativos en la estimación de distancias de fallos.

Un típico localizador de fallos de extremo único o múltiple requiere conocimiento del tipo de fallo, es decir, cuáles y cuántos conductores están implicados en el fallo, conocimiento del acoplamiento mutuo con líneas adyacentes situadas en las mismas torres o en las inmediaciones, y alguna otra información auxiliar. Estos factores extra son hallados mediante procedimientos individuales y, si son entregados al procedimiento principal de localización de fallos con errores, afectarán la precisión global de la localización de fallos.

Aún existe la necesidad de otros procedimientos para determinar precisamente la posición de un fallo en una línea de transporte de energía, que pueda reducir adicionalmente el error y producir resultados rápidamente a continuación de un fallo. Para sistemas de múltiples extremos que funcionan en tiempo real, o casi real, tales como los localizadores integrados con los relés de protección, es importante limitar los requisitos de ancho de banda para las comunicaciones y, en particular, la cantidad de información que necesita ser enviada entre distintos terminales de la línea de transporte.

La presente invención reside en un sistema y en un procedimiento de detección... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (100) de detección de posición de fallos para una línea de transporte de energía que tiene al menos dos terminales (105, 110, 115) y al menos dos segmentos de línea y una toma (220) común a cada uno de los segmentos de línea, comprendiendo el sistema:

primeros medios para representar voltajes y corrientes trifásicas por señales compuestas de corriente y voltaje en cada uno de los terminales (105, 110, 115) , para determinar el voltaje entre la toma (220) y cada terminal (105, 110, 115) y para determinar los valores residuales del voltaje y la corriente para cada segmento de línea;

segundos medios para determinar cuál de los segmentos de línea de la línea de transporte de energía es un segmento de línea fallado, que contiene un fallo (150) , usando las mediciones de fasor de voltaje y corriente compuestos de las señales de corriente y voltaje compuestos y de los valores residuales del voltaje y la corriente;

terceros medios para determinar una ubicación fraccionaria de fallo a partir de un terminal (105, 110, 115) en el segmento de línea fallado, usando las mediciones de fasor de voltaje y corriente compuestos y los valores residuales del voltaje y la corriente;

cuartos medios para determinar la posición del fallo en el segmento de línea fallado, usando la ubicación fraccionaria del fallo y la longitud del segmento de línea fallado, sobre el cual está localizado el fallo (150) .

2. El sistema (100) de detección de posición de fallos de la reivindicación 1, en el cual un único valor compuesto de voltaje y corriente es usado para representar las mediciones compuestas de voltaje y corriente en uno cualquiera de dichos al menos dos terminales (105, 100) .

3. El sistema (100) de detección de posición de fallos de cualquier reivindicación precedente, en el cual las señales compuestas de voltaje y corriente sean no nulas para cualquier tipo de fallo.

4. El sistema (100) de detección de posición de fallos de cualquier reivindicación precedente, en el cual las señales compuestas de voltaje y corriente no son afectadas por corrientes de tierra, o de secuencia cero.

5. El sistema (100) de detección de posición de fallos de cualquier reivindicación precedente, en el cual la ubicación del fallo (150) puede ser determinada sin conocer la magnitud del acoplamiento mutuo con los segmentos de línea adyacentes.

6. Un procedimiento para detectar la posición de un fallo en una línea de transporte de energía que tenga al menos dos terminales (105, 110, 115) y al menos dos segmentos de línea, y una toma (220) común para cada uno de los segmentos de línea, comprendiendo el procedimiento:

representar voltajes y corrientes trifásicas por señales compuestas de corriente y voltaje en cada terminal (105, 110, 115) ;

determinar el voltaje entre la toma (220) y cada terminal (105, 110, 115) ;

determinar valores residuales de corriente y voltaje para cada segmento de línea;

determinar cuál de los segmentos de línea de la línea de transporte de energía es un segmento de línea fallado, que contiene un fallo (150) , usando mediciones compuestas de fasor de voltaje y corriente de las señales compuestas de corriente y voltaje y de los valores residuales de voltaje y corriente;

determinar una ubicación fraccionaria de un fallo a partir de un terminal en el segmento de línea fallado, usando las mediciones compuestas de fasor de voltaje y corriente y los valores residuales de voltaje y corriente; y

determinar la posición del fallo en el segmento de línea fallado, usando la ubicación fraccionaria del fallo y la longitud del segmento de línea en el cual está localizado el fallo.

7. Un procedimiento para detectar la posición de un fallo (150) , según la reivindicación 6, en el cual se usa un valor único compuesto de voltaje y corriente para representar las mediciones compuestas de voltaje y corriente en uno cualquiera de dichos al menos dos terminales (105, 110) .

8. Un procedimiento para detectar la posición de un fallo (150) , según la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el cual las señales compuestas de voltaje y corriente son no nulas para cualquier tipo de fallo (150) .

9. Un procedimiento para detectar la posición de un fallo (150) , según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el cual las señales compuestas de voltaje y corriente no son afectadas por las corrientes de tierra, o de secuencia cero.

10. Un procedimiento para detectar la posición de un fallo (150) , según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el cual la determinación de la ubicación del fallo se hace sin conocer la magnitud del acoplamiento mutuo con los segmentos de línea adyacentes.