Determinación de fallo de plano alfa equivalente para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal.

Se proporciona protección diferencial de corrientes para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal,

tal como una línea de alta tensión. Las corrientes medidas en cada uno de los múltiples terminales se usan para calcular una corriente diferencial y una corriente restrictiva, que se convierten luego en una primera corriente equivalente y una segunda corriente equivalente de un aparato equivalente de suministro eléctrico de dos terminales. En el aparato equivalente de suministro eléctrico de dos terminales, una corriente diferencial obtenida de las corrientes equivalentes primera y segunda es esencialmente igual a la corriente diferencial del aparato original de suministro eléctrico multi-terminal. De manera similar, una corriente restrictiva obtenida de las corrientes equivalentes primera y segunda es esencialmente igual a la corriente restrictiva del aparato original de suministro eléctrico multi-terminal. Las corrientes equivalentes primera y segunda pueden usarse en un análisis del plano alfa para determinar si se activa o no el aparato de potencia multi-terminal.

Determinación de fallo de plano alfa equivalente para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal

5 Campo técnico

1 O Esta revelación se refiere a sistemas de protección diferencial para un aparato de suministro eléctrico, incluyendo, pero sin limitación, líneas y transformadores de energía. Más específicamente, esta revelación incluye sistemas y procedimientos para convertir un aparato de suministro eléctrico multi-terminal en un aparato equivalente de potencia de dos terminales para el análisis de planos alfa.

Breve descripción de los dibujos

15 Se describen realizaciones, no !imitadoras y no exhaustivas, de la revelación, incluyendo diversas realizaciones de la revelación con referencia a las figuras, en las cuales:

la FIG. 1 es un diagrama simplificado de un plano alfa (razones de corriente) ;

20 la FIG. 2 ilustra gráficamente una región de restricción y una región de operación en un plano alfa usado según una realización, para decisiones de determinación de fallos;

la FIG. 3 ilustra esquemáticamente realización; una zona diferencial general de N terminales de protección, según una

25 la FIG. 4 ilustra esquemáticamente una zona equivalente de dos terminales de protección, según una realización;

la FIG. 5A es un diagrama de flujo de un procedimiento para la protección diferencial de corriente de un aparato de suministro eléctrico multi-terminal, según una realización;

30 la FIG. 58 es un diagrama de flujo de un procedimiento para convertir una corriente diferencial y una corriente restrictiva en las corrientes equivalentes, según una realización;

35 la FIG. 6A ilustra gráficamente un plano alfa para una aplicación de tres terminales (N;3) , según una realización ejemplar; la FIG. 68 ilustra gráficamente un plano alfa para el equivalente de dos terminales de la realización mostrada en la FIG. 6A, según una realización;

40 las FIGS. 7 A y 78 ilustran gráficamente los respectivos planos alfa para el caso de un fallo interno, según una realización;

la FIG. 8 ilustra esquemáticamente una configuración de linea de interruptor dual de tres terminales, según una realización;

45 la FIG. 9 ilustra gráficos de diversas señales durante un fallo AB externo en la configuración mostrada en la FIG. 8, según una realización; y

la FIG. 1 O ilustra gráficamente una definición de carga útil de paquete o estructura de datos, según una realización.

50 Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Introducción

55 60 Los modernos sistemas de suministro eléctrico, en general, usan el despeje de fallos de alta velocidad para preservar la estabilidad transitoria (a corto plazo) del sistema y para proporcionar una mejor calidad de suministro eléctrico, acortando la duración del voltaje reducido (caida de voltaje) . Los sistemas de protección de fallos ampliamente usados que satisfacen tales requisitos para las lineas de transmisión, p. ej., aquellas lineas de suministro eléctrico con voltajes nominales de 115 KV y más, son sistemas de protección direccional que usan técnicas de comparación direccional. Si bien el enfoque de la comparación direccional tiene algunas ventajas, incluyendo bajos requisitos de canal (comunicación) entre los relés situados en los extremos locales y remotos de la linea de suministro eléctrico, junto con la redundancia inherente, requiere valores de voltaje obtenidos a partir de la señal de suministro eléctrico en la línea de suministro eléctrico. Tales sistemas experimentan problemas (a

menudo, problemas graves) debido a errores de voltaje o voltajes faltantes, causados por diversos factores, que

incluyen fusibles fundidos en el sistema secundario, problemas con los bobinados en los dispositivos

transformadores de voltaje (VT) del sistema y respuestas transitorias en los transformadores de voltaje acoplados

capacitivos del sistema.

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Una alternativa para los sistemas de comparación direccional, usando valores de voltaje, es un sistema diferencial

de corriente, que usa solamente la información del valor de la corriente eléctrica proveniente de la línea de

suministro eléctrico. Los sistemas de diferencial de corriente, también conocidos como sistemas diferenciales de

línea, no requieren dispositivos de medición de voltaje, ya que no usan valores de voltaje en sus determinaciones

1 O de fallos. Los sistemas diferenciales de línea son menos sensibles a las oscilaciones de la energia y a los cambios

súbitos de carga en el sistema y, en general, son menos sensibles a, o incluso inmunes ante, ciertas condiciones

en la línea, incluyendo los efectos de acoplamiento mutuo de secuencia cero y 1º las inversiones de corriente, entre

otras. Sin embargo, junto con las ventajas hay varias desventajas significativas, que incluyen la dependencia de

altas prestaciones del canal de comunicación, que se requieren entre los relés protectores locales y remotos en la

15 línea. Además, los sistemas diferenciales de línea convencionales que usan cantidades de corriente en fase están

limitados en su cobertura de resistencia a fallos de tierra y son un compromiso, en cierta medida, en la seguridad

bajo condiciones de saturación del transformador de corriente (CT) .

Un sistema de protección de plano alfa se revela en la Patente Estadounidense N' 6.518.767, titulada "Sistema de

20 protección diferencial de línea para una linea de alta tensión", que está cedida al cesionario de la presente

revelación, 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 N' 6.518.767

proporciona un sistema de protección diferencia! 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

25 resistencia a fallos y características operativas y sensibilidad mejoradas, manteniendo a la vez la seguridad del

sistema de suministro eléctrico.

Con fines ilustrativos, las realizaciones ejemplares reveladas en el presente documento proporcionan protección

para líneas de alta tensión. Un experto apreciará a partir de la revelación en el presente documento, sin embargo,

30 que los principios revelados pueden aplicarse a cualquier planta o aparato de suministro eléctrico protegidos para

proporcionar protección diferencial. Según se usa en el presente documento, un "aparato de suministro eléctrico" es

un término amplio que incluye su significado normal y usual y puede incluir, por ejemplo, una linea de alta tensión,

un bus de suministro eléctrico, un gran motor, un generador, un transformador, una combinación de lo anterior, o

cualquier otro dispositivo o dispositivos que puedan ser retirados de un sistema de suministro eléctrico (p. ej.,

35 usando interruptores y 1º relés) cuando se detecta un fallo. Un sistema de suministro eléctrico, por ejemplo, puede

dividirse en zonas de protección para permitir la retirada de una cantidad mínima de equipos del sistema de

suministro eléctrico durante una condición de fallo. Cada zona puede asociarse a su propio sistema de protección,

de modo tal que un fallo dentro de una zona especifica cause que funcione el correspondiente sistema de

protección, mientras que un fallo en otra zona no causará que funcione el sistema de protección. Los límites de

40 zonas pueden definirse mediante la ubicación de puntos de medición (p. ej., transformadores de corriente) e

interruptores de circuito que funcionen para aislar !a zona.

Desde una perspectiva de diseño de relés, el trabajar con un canal de comunicación de un ancho de banda limitado

es una restricción genera! de un sistema diferencial de corriente de línea basado en microprocesadores.

45 Históricamente, y prácticamente hasta hoy, los relés diferenciales de corriente de linea funcionan con canales de 64

kbps. Aun cuando las conexiones de fibra directas punto a punto permiten anchos de banda en la gama de las

decenas de megabits por segundo, y 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.

50 Para concebir la cantidad de datos que pueden transportarse con fines de protección por un canal de 64 kbps,

considérese que 64.000 bits por segundo = 1.067 bits para un ciclo de suministro eléctrico de 60 Hz = 267 bits para

un cuarto de un ciclo de suministro eléctrico de 60 Hz = 66 bits para cada uno de 16 conjuntos de muestras en un

ciclo de suministro eléctrico de 60 Hz. Los 66 bits...

1. Un procedimiento para la protección diferencial de corrientes para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal que incluye tres o más terminales, caracterizado porque comprende:

medir una corriente en cada uno de los tres o más terminales, teniendo cada corriente unos respectivos amplitud y ángulo;

calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las tres o más corrientes medidas;

calcular una corriente restrictiva correspondiente a las tres o más corrientes medidas;

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

en el cual una suma de la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente coincide esencialmente con la corriente diferencial del aparato original de suministro eléctrico multi-termlnal, y

en el cual los valores de la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente producen esencialmente la corriente restrictiva del aparato de suministro eléctrico multi~terminal; y

en base a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente, activar selectivamente el aparato de suministro eléctrico multi-terminaL

2. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la activación selectiva en base a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente comprende:

aplicar un análisis de plano alfa a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente para determinar si se proporciona o se bloquea una señal de activación.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque comprende adicionalmente:

antes de la conversión en la primera corriente equivalente y en la segunda corriente equivalente, aumentar intencionalmente al menos una entre la corriente diferencial y la corriente restrictiva, en base a una condición fisica del aparato de suministro eléctrico multi-terminaL

4. El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque el aumento de al menos una entre la corriente diferencial y la corriente restrictiva comprende efectuar la restricción de armónicos mediante:

la determinación de una pluralidad de armónicos de al menos una entre la corriente diferencial y cualquiera de las corrientes medidas; y

la adición de la pluralidad de armónicos a los términos restrictivos usando multiplicadores seleccionados.

5. El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque el aumento de al menos una entre la corriente diferencial y la corriente restrictiva comprende:

reducir la corriente diferencial de acuerdo a una corriente estimada de carga de línea.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, 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 amp!ítudes de las tres o más corrientes medidas; y producir un producto de amplitudes de las tres o más corrientes medidas.

7. El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque la aplicación del análisis de plano alfa comprende: calcular un valor de magnitud de una razón entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente

equivalente;

5 calcular un valor de diferencia angular entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente; y comparar el valor de magnitud de la razón y el valor de diferencia angular con valores preseleccionados que establecen una región de fase en un plano de razones de corriente,

1 O en el cual, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están fuera de la región establecida, se admite la señal de activación, y

en el cual, 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 señal de activación.

15 8. El procedimiento de la reivindicación 7, caracterizado porque la aplicación del análisis de plano alfa comprende adicionalmente:

20 determinar una representación del plano alfa por separado para al menos una entre las corrientes de fase, las corrientes de secuencia cero, las corrientes de secuencia negativa, las corrientes de secuencia positiva y las combinaciones de las anteriores.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la conversión de la corriente diferencial y de la corriente restrictiva en las corrientes equivalentes primera y segunda comprende:

25 asignar un atributo de una de las corrientes medidas en uno de los tres o más terminales a la primera corriente equivalente; y

30 calcular partes real e imaginaria de las corrientes equivalentes primera y segunda, en base al atributo asignado y a las corrientes diferenciales y restrictivas calculadas. 1O. El procedimiento de la reivindicación 9, caracterizado porque la asignación del atributo comprende:

asignar una magnitud de una de las corrientes medidas como la magnitud de la primera corriente equivalente.

35 11. El procedimiento de la reivindicación 9, en el cual la asignación del atributo comprende:

asignar un ángulo de una de las corrientes medidas como el ángulo de la primera corriente equivalente.

40 12. El procedimiento de la reivindicación 11, caracterizado porque el ángulo asignado comprende un ángulo de una de las corrientes medidas que produce el mayor valor absoluto cuando se proyecta sobre una línea de la corriente diferencial.

45 13. El procedimiento de la reivindicación 12, caracterizado porque la primera corriente equivalente se indica como /s y la segunda corriente equivalente se indica como Ir, en el cual

y

50 ls = (IRN-IIrD · 1L{3 ,

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corrientes que el terminal midió, comprendiendo adicionalmente el procedimiento, para cada terminal:

generar múltiples muestras de la corriente diferencial parcial correspondiente a un periodo de tiempo;

generar una corriente restrictiva parcial correspondiente al mismo periodo de tiempo; y

transmitir las múltiples muestras de la corriente diferencial parcial y la correspondiente corriente restrictiva parcial en un paquete a los otros terminales.

15. El procedimiento de la reivindicación 14, caracterizado porque cada terminal calcula adicionalmente al menos una entre una corriente de fase restrictiva parcial, una corriente de secuencia cero restrictiva parcial, una corriente de secuencia negativa restrictiva parcial, una corriente de secuencia positiva restrictiva parcial y una combinación de !as anteriores.

16. Un sistema para la protección diferencial de corrientes, caracterizado porque comprende:

un primer terminal configurado para medir una multitud de corrientes que fluyen dentro del primer terminal;

un segundo terminal configurado para medir una multitud de corrientes que fluyen dentro del segundo terminal;

un tercer terminal configurado para medir una multitud de corrientes que fluyen dentro del tercer terminal,

en el cual al menos uno entre el primer terminal, el segundo terminal y el tercer terminal está en comunicación con los otros dos terminales; y

un procesador configurado para:

para cada uno entre el primer terminal, el segundo terminal y el tercer terminal:

calcular una corriente diferencial parcial a partir de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal

específico y comunicarla a los otros terminales; y

calcular una corriente restrictiva parcial a partir de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal

específico y comunicarla a los otros terminales:

calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las corrientes diferenciales parciales intercambiadas;

calcular una corriente restrictiva correspondiente a las corrientes restrictivas parciales intercambiadas;

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

en donde una suma de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente coincide esencialmente con la corriente diferencial calculada a partir de las corrientes comunicadas, y

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

en base a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente, activar selectivamente al menos uno de los tres terminales.

17. El sistema de la reivindicación 16, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para activar selectivamente, aplicando un análisis de plano alfa a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente, a fin de determinar si se proporciona o se bloquea una señal de activación.

18. El sistema de la reivindicación 17, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado, antes de la conversión en la primera corriente equivalente y en la segunda corriente equivalente, para aumentar intencionalmente al menos una entre la corriente diferencial y la corriente restrictiva, en base a una condición física

19. El sistema de la reivindicación 18, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para aumentar, usando restricción de armónicos, mediante:

la determinación de una pluralidad de armónicos de una o más entre la corriente diferencial y cualquiera de las corrientes medidas; y

la adición de la pluralidad de armónicos a términos restrictivos, usando multiplicadores seleccionados.

20. El sistema de la reivindicación 18, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para aumentar, reduciendo la corriente diferencial, de acuerdo a una corriente estimada de carga de linea.

21. El sistema de la reívíndícacíón 16, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para calcular la corriente restrictiva parcial realizando uno o más cálculos seleccionados entre el grupo que comprende, para cada uno entre el primer terminal, el segundo terminal y el tercer terminal:

sumar valores absolutos de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal específico;

seleccionar un valor máximo de las amplitudes de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal específico; y producir un producto de amplitudes de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal específico.

22. El sistema de la reivindicación 17, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para aplicar el análisis del plano alfa:

calculando un valor de magnitud de una razón entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente;

calculando un valor de diferencia angular entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente; y comparando el valor de magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular con valores preseleccionados que establecen una región de fase en un plano de razones de corriente,

en el cual, 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 señal de activación, y

en el cual, 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 señal de activación.

23. El sistema de la reívíndícacíón 22, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para aplicar el análisis del plano alfa:

determinando una representación del plano alfa por separado para al menos una entre las corrientes de fase,

las corrientes de secuencia cero, !as corrientes de secuencia negativa, las corrientes de secuencia positiva, y las combinaciones de las anteriores.

24. El sistema de la reivindicación 16, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para convertir la corriente diferencial y la corriente restrictiva en las corrientes equivalentes primera y segunda: asignando un atributo de una de las corrientes comunicadas a la primera corriente equivalente; y

calculando partes real e imaginaría de las corrientes equivalentes primera y segunda, en base al atributo asignado y a las corrientes diferenciales y restrictivas calculadas.

25. El sistema de la reivindicación 24, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para asignar el atributo:

asignando una magnitud de una de las corrientes comunicadas como la magnitud de la primera corriente

26. El sistema de la reivindicación 24, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para

asignar el atributo:

asignando un ángulo de una de las corrientes comunicadas como el ángulo de la primera corriente equivalente.

5 27. El sistema de la reivindicación 26, caracterizado porque el ángulo asignado comprende un ángulo de una de las corrientes comunicadas que produce el mayor valor absoluto cuando se proyecta sobre una línea de la corriente diferencial.

1 O 28. El sistema de la reivindicación 27, caracterizado porque la primera corriente equivalente está indicada como fs y la segunda corriente equivalente está indicada como Ir, en el cual

Ir= (Im (Ix) 2- (IRN-Re (Jx) / +j ·lm (Ix) ) . lLfJ, 2· (/RN-Re (/x) )

15 y fs = UnN-llrl) · lLfJ ,

20 donde Bes el ángulo asignado, /, es una corriente diferencial desplazada producida dividiendo la corriente diferencial entre 1 L. p, Re e /m se refieren, respectivamente, a las partes real e imaginaria de la corriente fx, e IRN es la corriente restrictiva.

29. Un sistema para la protección diferencial de corrientes para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal que incluye tres o más terminales, caracterizado porque comprende:

25 medios para medir una corriente respectivos amplitud y ángulo; en cada uno de los tres o más terminales, teniendo cada corriente unos

medios para calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las tres o más corrientes medidas;

30 medios para calcular una corriente restrictiva correspondiente a !as tres o más corrientes medidas;

35 medios para convertir la corriente diferencial y la corriente restrictiva en una primera corriente equivalente de un aparato equivalente de potencia de dos terminales y en una segunda corriente equivalente del aparato equivalente de potencia de dos terminales, en el cual una suma de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente coincide esencialmente con la corriente diferencial del aparato original de suministro eléctrico multi-terminal, y

40 en el cual los valores de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente producen esencialmente la corriente restrictiva del aparato de suministro eléctrico multi-terminal; y

medios para activar selectivamente el aparato de suministro eléctrico multi-termina! corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente. en base a la primera

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