Protección diferencial de transformadores de potencia

Dr. Ernesto Vázquez Martínez, UANL
87T
63
High Side
Low Side
51Q
50/51
67
87R
51N
T
50/51
67
87
With internal fault Id > 0  Trip
With external fault Id = 0  No trip

La protección diferencial de
transformadores (87T) se utiliza para
equipos con potencias mayores a 10
MVA. Es una protección muy confiable,
pero puede operar en forma incorrecta
en los siguientes casos:
 Corrientes de magnetización (inrush)
originadas por la conexión del
transformador o por una situación de
sobreexcitación en la red eléctrica.
 Efecto de saturación de los
transformadores de corriente durante un
evento transitorio en la red.
Main : Graphs
300
20
I1i
I1
10
0
200
-10
150
y (kA)
Primary Current (Amps)
250
isa
100
-20
-30
-40
50
-50
0
-50
0
-60
1
2
3
Cycles
4
5
6
7
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
I op ar  K I ret  I op min
IOP
Id
I op min
IRET
I op
Cortocircuito
I op
I op
t
t
I
t
Corrientes de inrush
Energización
Sobreexcitación




Métodos de inhibición de la
protección diferencial
(retención por armónicas y
reconocimiento de la forma de
onda).
Modelación matemática del
fenómeno de inrush.
Identificación de componentes
de frecuencia.
Reconocimiento de patrones.

El método de Análisis de
Componente Principal (ACP) es
utilizado en estadística para el
análisis de datos, y es
equivalente a la maximización
del contenido de la información
en señales de salida con
distribución gaussiana.

El objetivo es el determinar un
conjunto de m vectores
ortogonales en el espacio de
datos p (p>m) que contengan la
mayor información posible de la
varianza.
2
1.5
1
2.5
0.5
2
0
1.5
Sin CAE
Con CAE
1
-0.5
0.5
-1.5
PC2
-1
0
-0.5
0
5
10
15
20
25
30
-1
-1.5
-2
-2.5
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
PC1
0.8
1
1.2
2
1.5
1
0.5
0
3
-0.5
2
-1
1
0
5
10
15
20
25
30
PC2
-1.5
0
-1
-2
-3
-0.5
0
0.5
1
1.5
PC1
2
2.5
3
230 kV
IH
X
52
X
IAB
115 kV
IX
100MVA
X
#1
#2
230kV
115kV
X
52
Iab
Carga 3F
V(kV)
87T
Control de
excitación
Control del 52
I dif
 I dif ( a b )   I AB  I ab 


  I dif (bc )    I BC  I bc 
 I dif ( ca )   I CA  I ca 


Sistema de potencia
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Señales diferenciales
incrementales trifásicas
I dif
Cortocircuito
Energización
340 simulaciones
generadas
Matriz de entrenamiento
Combinación
Transformador 100 MVA, 230/115 kV, ∆ - Y
0.5
Generador 50 MVA, Z = 10.
Carga 8.058 + j2.025 MVA.
Carga no lineal con THD = 27.2%.
0.4
Sobreexcitación: 110%
Transformador  -Y. CARGA NO LINEAL
Energización sin carga *
Energización con carga *
Energización con falla
Falla
*
*
Segunda Componente Principal
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
Sobreexcitación O
-0.2
Reducción del voltaje del
generador en un 50% □
-0.3
-0.4
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
Primera Componente Principal
-0.4
-0.2
0
2 DEVANADOS
( -0.2 , 0 )
Energización o Sobreexcitación.
( - ∞ , -0.2 ) Falla.
3 DEVANADOS
( -0.07 , 0 )
Energización o Sobreexcitación.
( - ∞ , -0.07 ) Falla.

El ACP reduce la complejidad del
problema de discriminación.

Es posible realizar una correcta
identificación de corrientes de
inrush y falla.

Los criterios de discriminación
son heurísticos.

La etapa de entrenamiento puede
ser eliminada, simplificando la
aplicación del ACP como base de
una protección diferencial.
Dr. Ernesto Vázquez Martínez, UANL