Aparato y procedimiento de monitorización de un sistema de transmisión de energía eléctrica mediante análisis de descargas parciales.

Procedimiento de monitorización de descargas parciales en un sistema de transmisión de energía eléctrica,

que comprende las etapas de:

- detectar pulsos eléctricos emitidos desde un componente del sistema de transmisión de energía eléctrica;

- realizar sobre los pulsos eléctricos detectados una batería de una pluralidad de pruebas adaptadas para proporcionar cada una un resultado indicativo de la presencia o ausencia de una posible actividad de descargas parciales, comprendiendo cada una de dicha pluralidad de pruebas un conjunto de operaciones de adquisición y evaluaciones de los pulsos eléctricos detectados, ejecutándose dichas operaciones de adquisición y evaluación en condiciones definidas por:

• al menos 2 parámetros de prueba seleccionados entre: nivel de activación, nivel de ganancia de amplificación de pulsos eléctricos, umbral mínimo de amplitud de los pulsos eléctricos Amin, umbral mínimo del parámetro de fase de los pulsos eléctricos Pmin, umbral máximo del parámetro de fase de los pulsos eléctricos Pmax, duración del tiempo de prueba T, número mínimo de umbral de los pulsos de descarga parcial M, y

• un valor numérico de dichos al menos 2 parámetros de prueba,

ejecutándose la pluralidad de pruebas en sucesión una tras otra según una secuencia de tiempo predefinida y siendo iguales entre sí porque comprenden el conjunto idéntico de las operaciones de adquisición y evaluación, excepto por el valor numérico tomado por al menos uno de dichos al menos 2 parámetros de prueba;

- repetir dicha batería de pruebas durante un periodo de tiempo predeterminado;

- analizar los resultados obtenidos por las baterías de pruebas ejecutadas en dicho periodo de tiempo predeterminado; y

- generar una alarma dependiendo del resultado de dicho análisis, en presencia de una variación de los resultados de las baterías ejecutadas durante dicho período de tiempo.

Aparato y procedimiento de monitorización de un sistema de transmisión de energía eléctrica mediante análisis de descargas parciales Campo de la invención La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para monitorizar un sistema de transmisión de energía eléctrica, en particular, un sistema de transmisión de energía eléctrica de media/alta tensión, a través del análisis de descargas parciales.

La transmisión de energía eléctrica desde una planta de generación de energía se realiza típicamente por medio de sistemas de transmisión de energía eléctrica de media/alta tensión que pueden ser aéreos (elevados) , terrestres o submarinos.

Un sistema de transmisión de energía eléctrica puede comprender conductores eléctricos (que pueden ser conductores aéreos (elevados) , conductores terrestres aislados o conductores submarinos aislados) , uniones, terminaciones y/o aislantes para sistemas de alimentación aéreos.

Una descarga parcial (PD) de acuerdo con la norma IEC 60270 es una descarga eléctrica localizada que conecta parcialmente el aislamiento entre conductores y que puede producirse o no junto a un conductor. Las descargas parciales son en general consecuencia de las concentraciones de tensiones eléctricas locales en el aislamiento o en la superficie del aislamiento. Generalmente, dichas descargas aparecen como pulsos que tienen una duración de mucho menos de 1 microsegundo cuando se pretende el aislamiento, por ejemplo, la capa aislante que rodea a un conductor o un aislante para un sistema de antena motorizada.

Una descarga parcial por lo general comienza dentro de huecos, grietas o inclusiones dentro de un dieléctrico sólido, en las interfaces dieléctricas conductoras dentro dieléctricos sólidos o líquidos, o en burbujas dentro de dieléctricos líquidos. Las descargas parciales también pueden producirse a lo largo de la frontera entre diferentes materiales aislantes.

Las descargas parciales no causan el fallo inmediato del sistema de aislamiento eléctrico, sino más bien su deterioro progresivo, conduciendo en última instancia a la ruptura eléctrica.

Es importante detectar y controlar las descargas parciales en un sistema de transmisión de energía eléctrica con el fin de garantizar el funcionamiento fiable a largo plazo del sistema, para predecir posibles fallos que puedan dar lugar a la interrupción del servicio de suministro de energía y para programar comprobaciones in situ y/o cambios adecuados del componente que genera la actividad de descargas parciales, antes de su fallo.

Las técnicas para detectar y evaluar las descargas parciales en un sistema de transmisión de energía eléctrica son conocidas en la técnica.

El documento US 6.192.317 divulga procedimientos estadísticos de análisis de descargas parciales que utilizan medidas de similitud de histograma.

El documento US 2004/0204873 divulga un procedimiento para el análisis y/o un control del comportamiento de descarga parcial de un medio de accionamiento eléctrico, en particular, en términos de su evolución en el tiempo. En un primer momento, un estado del proceso de descarga parcial se ha registrado en una primera matriz de estado del proceso y, en un momento posterior, un estado del proceso de descarga más parcial se ha registrado en una matriz de estado de proceso adicional. A continuación, la primera y la segunda matrices de estado del proceso se comparan con la ayuda de procedimientos de comparación y de escala.

El documento WO 2009/013638 divulga un procedimiento para la monitorización de una actividad de descargas eléctricas parciales en un aparato eléctrico alimentado con corriente continua (CC) . El procedimiento comprende las siguientes etapas, que se repiten en sucesión en intervalos de tiempo predeterminados: medir señales eléctricas analógicas y generar señales digitales representativas de la forma de onda de pulsos de descargas parciales correspondientes; derivar de cada una de dichas señales digitales, los parámetros T-W (equivalente a tiempo y ancho de banda) y un parámetro de amplitud; separar, mediante un clasificador de lógica difusa, el conjunto de los datos medidos en subconjuntos homogéneos con respecto al parámetro de forma; correlacionar los subconjuntos de señales que tienen valores similares de los parámetros T-W y medidos en etapas sucesivas; seleccionar los subconjuntos correlacionados para los que el parámetro de amplitud tiene un perfil predeterminado en el tiempo y atribuir las señales de dichos subconjuntos a las actividades de descargas parciales.

El documento WO 2009/013639 divulga un procedimiento para detectar, identificar y localizar descargas parciales que se producen en un sitio de descarga a lo largo de un aparato eléctrico que comprende las siguientes etapas: detectar las señales eléctricas en una estación de detección; atribuir a cada señal detectada un valor de un parámetro de fase; derivar para cada parámetro de señal T-W (tiempo y ancho de banda equivalentes) y un parámetro de amplitud; separar, por medio de un clasificador de lógica difusa, el conjunto de señales detectadas en

subconjuntos homogéneos con relación a los parámetros T-W; identificar subconjuntos relacionados con descargas parciales y catalogación de ellos; repetir las etapas descritas anteriormente en una pluralidad de estaciones de detección situadas a lo largo del aparato; correlacionar los subconjuntos de señales detectadas en diferentes estaciones de detección y catalogados de manera similar; seleccionar en función de la amplitud y los parámetros T-W un subconjunto entre los correlacionados y localizar las descargas parciales relacionadas con dicho subconjuntos en la estación de detección del subconjunto seleccionado.

El documento US 2009/011935 divulga un procedimiento de análisis de datos de descargas parciales recogidos de un grupo de máquinas eléctricas. En particular, el procedimiento comprende: recoger datos PD; formar un mapa de clasificación W-T; formar grupos de datos PD según normas preestablecidas; clasificar cada grupo en clasificaciones de pulso según normas preestablecidas; generar subpatrones de las clasificaciones de pulsos; determinar las características de los pulsos a partir de los datos PD recogidos; comparar los niveles de Qmax para una máquina eléctrica de interés con niveles Qmax para otras máquinas eléctricas (en el que Qmax es la carga máxima de descarga parcial) ; formar tendencias de los niveles de PD en máquina eléctrica de interés como una función de tiempo; determinar e implementar criterios de notificación de operador; determinar y aislar fuentes de PD internos para máquina eléctrica de interés; determinar los niveles de PD como una función de parámetros de datos operacionales.

El solicitante observó que, en general, las técnicas divulgadas por los documentos citados anteriormente se basan en análisis probabilístico/estadístico y/o algoritmos de clasificación difusa. Estas técnicas son complicadas y caras.

Por otra parte, sin importar lo refinadas que sean, estas técnicas son todavía inexactas debido a que el sistema de transmisión de energía eléctrica bajo análisis (por ejemplo, los conductores, uniones y/o terminaciones eléctricos) son susceptibles a los fenómenos impredecibles vinculados a su estructura y función (por ejemplo, posibles defectos de fabricación, daños producidos durante las operaciones de colocación, cambios de la corriente transmitida entre el día y la noche, entre las distintas estaciones del año, entre los días laborables y días no laborables, cambios repentinos de la corriente transmitida debido a acontecimientos imprevistos, y similares) y para el medio ambiente externo (por ejemplo posibles fenómenos naturales, obras en la carretera, y similares) , lo que puede alterar los resultados del análisis probabilístico/estadístico.

El solicitante se enfrentó al problema técnico de proporcionar un procedimiento y un aparato para detectar y evaluar automáticamente las descargas parciales en un sistema de transmisión de energía eléctrica, que sea fiable y al mismo tiempo simple y menos caro que las técnicas conocidas en la técnica.

Como se describe en más detalle a continuación, el solicitante encontró que este problema puede ser resuelto por medio de una técnica basada en la repetición, sobre un componente de un sistema de transmisión de energía eléctrica, de una pluralidad de operaciones de adquisición/evaluaciones bajo diferentes ajustes de un aparato de monitorización, que corresponden a situaciones diferentes (por ejemplo, factores externos) que pueden afectar a la evaluación de pulsos eléctricos. Los datos recogidos de cada ejecución de la pluralidad de operaciones... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de monitorización de descargas parciales en un sistema de transmisión de energía eléctrica, que comprende las etapas de:

- detectar pulsos eléctricos emitidos desde un componente del sistema de transmisión de energía eléctrica; -realizar sobre los pulsos eléctricos detectados una batería de una pluralidad de pruebas adaptadas para proporcionar cada una un resultado indicativo de la presencia o ausencia de una posible actividad de descargas parciales, comprendiendo cada una de dicha pluralidad de pruebas un conjunto de operaciones de adquisición y evaluaciones de los pulsos eléctricos detectados, ejecutándose dichas operaciones de adquisición y evaluación en condiciones definidas por:

al menos 2 parámetros de prueba seleccionados entre: nivel de activación, nivel de ganancia de amplificación de pulsos eléctricos, umbral mínimo de amplitud de los pulsos eléctricos Amin, umbral mínimo del parámetro de fase de los pulsos eléctricos Pmin, umbral máximo del parámetro de fase de los pulsos eléctricos Pmax, duración del tiempo de prueba T, número mínimo de umbral de los pulsos de descarga parcial M, y

un valor numérico de dichos al menos 2 parámetros de prueba,

ejecutándose la pluralidad de pruebas en sucesión una tras otra según una secuencia de tiempo predefinida y siendo iguales entre sí porque comprenden el conjunto idéntico de las operaciones de adquisición y evaluación, excepto por el valor numérico tomado por al menos uno de dichos al menos 2 parámetros de prueba; -repetir dicha batería de pruebas durante un periodo de tiempo predeterminado; -analizar los resultados obtenidos por las baterías de pruebas ejecutadas en dicho periodo de tiempo predeterminado; y -generar una alarma dependiendo del resultado de dicho análisis, en presencia de una variación de los resultados de las baterías ejecutadas durante dicho período de tiempo.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de análisis comprende comparar los resultados obtenidos en dicho periodo de tiempo predeterminado mediante las mismas pruebas de la batería ejecutadas en diferentes tiempos de ejecución.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la etapa de comparar comprende la etapa de calcular, para cada una de al menos dos ventanas de tiempo predeterminadas dentro de dicho periodo de tiempo predeterminado, los promedios de tiempo de los resultados obtenidos en cada ventana de tiempo mediante las mismas pruebas ejecutadas en diferentes tiempos de ejecución.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los promedios de tiempo calculados para las pruebas de la batería en una de dichas al menos dos ventanas de tiempo predeterminadas se comparan con los promedios de tiempo calculados para las pruebas correspondientes de la batería en la otra de dichas al menos dos ventanas de tiempo predeterminadas.

5. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las operaciones de adquisición comprenden al menos una operación seleccionada entre: filtrado de los pulsos eléctricos, amplificación de los pulsos eléctricos, conversión analógica a digital de los pulsos eléctricos y su activación.

6. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los parámetros de prueba comprenden un nivel de ganancia para la amplificación de los pulsos eléctricos y, para cada i-ésima prueba, en el que 1 i N y N es el número de las diferentes pruebas en la batería, las operaciones de adquisición comprenden una operación de amplificación de los pulsos eléctricos detectados, que se realiza en el valor de ganancia tomado por el parámetro de prueba del nivel de ganancia en la i-ésima prueba.

7. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los parámetros de prueba comprenden un nivel de activación y, para cada i-ésima prueba, en el que 1 i N y N es el número de las diferentes pruebas en la batería, las operaciones de adquisición comprenden una operación de activación, que se realiza en el valor de activación tomado por el parámetro de prueba del nivel de activación en la i-ésima prueba.

8. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las operaciones de evaluación comprenden operaciones de comparación adaptadas para identificar posibles descargas parciales entre los pulsos eléctricos adquiridos a través de las operaciones de adquisición.

9. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las operaciones de evaluación comprenden comparaciones entre los valores tomados por los parámetros de los pulsos calculados en relación con pulsos eléctricos adquiridos durante la ejecución de la i-ésima prueba, en el que 1 i N y N es el número de las diferentes pruebas en la batería, y valores tomados por los correspondientes parámetros de prueba en la i-ésima prueba.

10. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que los parámetros de prueba comprenden un umbral mínimo M para el número de descargas parciales, y cada i-ésima prueba devuelve un resultado positivo cuando el número de pulsos eléctricos identificados como descargas parciales, entre los pulsos eléctricos adquiridos durante la ejecución de la i-ésima prueba, es, al menos, igual al valor tomado en la i-ésima prueba mediante el umbral mínimo M, en el que 1 i N y N es el número de las diferentes pruebas en la batería.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la i-ésima prueba devuelve un resultado negativo cuando dicho número de pulsos eléctricos identificados como descargas parciales es inferior a dicho valor tomado por el umbral mínimo M en la i-ésima prueba.

12. Un aparato (1) para la monitorización de descargas parciales en un sistema (200) de transmisión de energía eléctrica, que comprende:

- al menos un módulo (10, 40) de detección operativamente asociado con un componente del sistema (200) de transmisión de energía eléctrica para recibir y detectar pulsos eléctricos emitidos desde el mismo; -un módulo (60) de adquisición y evaluación, conectado a dicho al menos un módulo (10, 40) de detección, adaptado para repetir, durante un período de tiempo predeterminado, una batería de una pluralidad de pruebas sobre los pulsos eléctricos detectados, ejecutándose las pruebas de acuerdo con valores numéricos de al menos dos parámetros de prueba, predeterminados para ser al menos en parte diferentes entre las pruebas, seleccionándose los parámetros de prueba en el grupo de: nivel de activación, nivel de ganancia de amplificación de los pulsos eléctricos, umbral mínimo de amplitud de los pulsos eléctricos Amin, umbral mínimo del parámetro de fase de los pulsos eléctricos Pmin, umbral máximo del parámetro de fase de los pulsos eléctricos Pmax, duración del tiempo de prueba T, número mínimo de umbral de pulsos de descarga parcial M; -un módulo (36) de generación de alarmas conectado al módulo (60) de adquisición y evaluación para recibir los resultados obtenidos por las baterías de pruebas ejecutadas en dicho periodo de tiempo predeterminado, estando adaptado el módulo (36) de generación de alarmas para analizar los resultados de dichas baterías de pruebas para detectar la presencia de una variación en dichos resultados, y adaptado para generar una alarma en presencia de dicha variación, caracterizado porque las pruebas ejecutadas por el módulo (60) de adquisición y evaluación están configuradas para proporcionar un resultado indicativo de la presencia o ausencia de una posible actividad de descarga parcial.

13. Un sistema (200) de transmisión de energía eléctrica, que comprende:

- una pluralidad de cables eléctricos (240) ; -una pluralidad de conexiones (230) entre los cables eléctricos; -al menos dos estaciones terminales (210, 220) ; -al menos un aparato (1) de monitorización de descargas parciales según la reivindicación 12, asociado con un componente del sistema de transmisión de energía eléctrica seleccionado entre dichos cables eléctricos (240) , dichas conexiones (230) y dichas estaciones terminales (210, 220) .

14. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las pruebas de la batería se realizan en diferentes pulsos eléctricos detectados.

15. Aparato (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los valores numéricos de los al menos dos parámetros de prueba, predeterminados para ser al menos en parte diferentes entre las pruebas, son representativos de los diferentes ajustes del aparato (1) .