ALGORITMOSEGUROPARADTDDTLPONENCIA37 modificada

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Algoritmo de protección para disparo por DTD o DTL que evita disparos por ruido
excesivamente largo por falla del equipo de canal o por error humano
Article · March 2018
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Rafael Cordova
Comisión Federal de Electricidad (CFE), Hermosillo, Sonora México
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ALGORITMO DE PROTECCION PARA DISPARO POR DTD O DTL QUE EVITA
DISPAROS POR RUIDO EXCESIVAMENTE LARGO POR FALLA DEL EQUIPO
DE CANAL O POR ERROR HUMANO
Rafael Alberto Córdova Cruz, Comision Federal de Electricidad (CFE), Gerencia
Regional de Transmisión Noroeste, [email protected], Pedro Alonso
Verdugo Ibarra, [email protected]
Resumen: En CFE a nivel nacional se han
presentado una gran cantidad de disparos sin
que se tenga falla en la línea o en sistema
eléctrico, producto de causas ajenas a fallas
eléctricas, teniendo un grado de frecuencia
alto, la de factor humano. Actualmente el
disparo por DTL se activa en una
subestación, llegando al extremo remoto en
forma directa a las bobinas del interruptor,
disparando éste. Este disparo también
incluye el disparo por la protección 50FI,
cuando un interruptor de la subestación
remota se tarda en abrir por alguna causa
(DTD). Si por necesidades del sistema
eléctrico se requiere utilizar la protección de
sobrevoltaje (59), se puede utilizar, pero se
requiere de canales independientes entre las
dos protecciones principales en cada
extremo.
En la GRTNO (Gerencia Regional de
Transmisión Noroeste) cuya área de servicio
comprende a los estados de Sonora y
Sinaloa, México, la única protección no
supervisada para evitar el disparo del
interruptor de la línea de transmisión que se
tiene contra el ruido excesivamente largo,
producido por alguna anormalidad en algún
RVP-AI/2014 – PRO-07 PONENCIA RECOMENDADA
POR EL COMITE DE PROTECCIONES DEL CAPITULO
DE POTENCIA DEL IEEE SECCION MEXICO Y
PRESENTADA EN LA REUNION INTERNACIONAL DE
VERANO, RVP-AI/2014,ACAPULCO GRO.,
DEL 20 AL 26 DE JULIO DEL 2014.
componente o producto de alguna otra causa
diferente, es un “temporizador on delay” en la
subestación que recibe la señal DTL o DTD,
que para permitir el disparo del interruptor, la
señal debe ser mayor que el tiempo de ajuste
de este“temporizador”, cuyo valor es de 30
ms.
En caso de falla en el sistema eléctrico y tener
necesidad de abrir el interruptor remoto para
cortar la contribución de la corriente de corto
circuito, la señal DTL/DTD, ésta permanecerá
más de 30 ms, permitiendo el disparo del
interruptor del extremo remoto.
Esos 30 ms iniciales de recepción de señal
DTL/DTD son de incertidumbre y son los que
ponen el riego el disparo de un interruptor con
una operación no deseada, y esta forma de
operar, a la fecha en la GRTNO, ha causado
varios disparos de líneas de transmisión, ya
que no se requiere supervisión adicional de
que realmente hay alguna condición de falla
en la línea o en la subestación remota.
Las protecciones digitales de distancia
realizan mediciones continuas de las señales
de voltaje y de corriente para declarar alguna
falla en sus zonas de protección,
garantizando que hay una falla. Las fallas
monofásicas son las que se presentan con
mayor frecuencia en un sistema eléctrico, por
lo que el relevador de distancia digital realiza
las siguientes mediciones en su algoritmo [1]:
• Incremento de corriente de secuencia
negativa y/o cero.
Página 1 de 15
• Cambio entre los ángulos de
secuencia negativa y/o cero de voltajes y
corrientes.
de disparo del relevador, teniendo
enormes ventajas el poder programar una
zona de detección de falla hacia adelante
lo bastante grande para buses con
fuentes de generación grandes, cuyo
nivel de cortocircuito es de un valor muy
elevado, ya que el efecto de infeed, hace
que el relevador mida menos impedancia.
Algoritmo propuesto
Con la finalidad de no tener la incertidumbre
en esos 30 ms de recepción, y tener la
certeza de que la señal que se recibe de
DTL/DTD sea producto de una falla en el
sistema eléctrico, se tiene el siguiente
algoritmo.
•
En caso de poder programar la protección
85L de secuencia negativa y/o cero (Q/G)
en las dos protecciones de la línea de
ambos extremos, debe de realizarse, ya
que es más sensible que la zona 3 o zona
4 hacia enfrente de las protecciones de
distancia agrandando la sensibilidad de la
detección de fallas 14.6 veces que la
transaccional zona 2 con un ajuste de
120-150% de impedancia de zona 2 [2,3].
Se debe tener especial cuidado de no
programar 85G en líneas paralelas, por
tener problemas en la indicación de fallas
hacia adelante.
•
La programación de polo abierto debe
estar en ambos extremos por la condición
de falla * explicada más abajo.
•
Recepción de DTL y/o DTD.
En la Figura 1 se tienen 2 relevadores A y B
en los cuales se tiene programada el
algoritmo de seguridad para DTL y DTD de la
Figura 2, operando con recierre monopolar en
ambos extremos, que es la configuración
estándar en líneas de 230 y 400 kV en CFE.
Figura 1 Diagrama de una línea que muestra los
puntos de falla
Figura 2 Diagrama esquemático del algoritmo
seguro de DTL/DTD
¿Que se requiere para realizar el
algoritmo de la Figura 2?
Los requerimientos son:
•
La transmisión de la señal DTL o DTD de los
extremos A ó B, es el producto de la
detección y operación de una falla entre fases
hacia enfrente por las protecciones 87L, 21 y
de la protección 67. La transmisión de la
señal DTD se debe a la operación de la
protección 50FI de cualquiera de los
extremos A ó B, producto de una falla en la
cual no abre el interruptor o polo de A ó B,
cuando ya transcurrió el tiempo de operación
programado, enviándose la señal al extremo
remoto por la protección 50FI.
La zona 3 o zona 4 (dependiendo de la
marca del relevador) con detección de
falla hacia la estrella del TC o hacia la
línea a proteger, que incluye la detección ¿Qué ventajas tiene este algoritmo
de fallas a tierra monofásicas y entre propuesto?
fases más allá del bus de interés. Esta
1. Mayor seguridad en el sistema eléctrico.
zona también puede ser una zona
exclusiva que no entre en las ecuaciones
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2. Tener la certidumbre de que la recepción
de la señal de DTL/DTD sea producto de
una falla en el sistema eléctrico.
3. Evitar disparos por error humano al
100%.
4. Evitar disparos por ruido del canal Oplat
muy largo por daño en algún componente
del equipo de comunicaciones al 100%, o
por daño en componente del dispositivo
de potencial capacitivo.
5. Evitar disparos por señales desconocidas
filtradas en los equipos de Fibra Optica
(FO) al 100%.
6. Evitar disparos por relevadores dañados
al cerrar su contacto de disparo por daño
interno y que activa al equipo de
comunicaciones, sin falla en la línea.
7. Disparo por daño en el equipo de
comunicaciones que permite una
transmisión constante de la señal
DTL/DTD.
8. Beneficios en el Mantenimiento Basado
en Confiabilidad al programar la alarma
del algoritmo propuesto, ya que se estará
detectando una condición anormal mucho
antes de que produzca un evento no
deseado, dando la atención adecuada a
la revisión completa del sistema, ya sea
de FO o de dispositivo de potencial
capacitivo.
9. Responde correctamente en la detección
de todas las fallas, permitiendo la
apertura del interruptor remoto, solo en
casos de fallas del sistema eléctrico.
disminuir la dependabilidad del sistema de
protección.
¿Qué es lo que el ingeniero de
protecciones debe de interpretar cuando
en una subestación se tiene alguna falla
que implica la operación de alguna
protección por disparo entre fases,
disparo por protección 67 y/o disparo
trifásico en lo referente al envío de la señal
DTL o falla de interruptor para enviar la
señal DTD?
Esta es una falla que debe de detectarse por
las dos protecciones principales de la línea de
transmisión de cualquiera de los extremos
aledaños que alimentan la corriente de falla,
por lo que los relevadores deben de tener la
sensibilidad de detectar esta falla en su zona
de cobertura, aun si el bus de enfrente es muy
robusto, lo cual puede dar lugar a que se
tenga una secuencia de eventos para ser
detectado en forma segura. De esta forma, el
envío de la señal de DTL o DTD, implica la
detección de una falla real en el sistema
eléctrico, que puede causar daño a otros
equipos si no se libera con oportunidad,
debido a la aportación de corriente del
extremo remoto.
Las fallas eléctricas entre fases y trifásicas en
buses muy robustos, pueden producir gran
daño a los activos de una empresa eléctrica
si no se libera en forma rápida la corriente de
falla, teniendo costosas reparaciones y una
afectación mayor de usuarios sin energía
eléctrica.
Explicación de todos los casos de falla de
la Figura 1
Caso 1: Falla en la sección de la línea
10. Se aumenta la seguridad del diseño del
sistema de protección completo de la línea
de transmisión, ya que debe de ser
programada en 2 protecciones de cada
extremo de la línea de transmisión, para no
Al ocurrir una falla monofásica en cualquier
parte de la línea (punto 1 de la Figura 1, se
detecta la falla por los relevadores A y B,
mandando
la
apertura
del
polo
correspondiente del interruptor asociado. Si el
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estudio de estabilidad y arco secundario
realizado por el Departamento de Estudios
determina que el interruptor A cierre primero,
este cerrará en el tiempo estipulado. Si el
recierre es fallido, la protección A enviará el
DTL al extremo B, y como el interruptor se
encuentra con un polo abierto, este abrirá los
2 polos faltantes al recibir la protección del
extremo B la señal DTL. Bajo las condiciones
normales del recierre (apertura/cierre del
polo) sin falla posterior, el DTL de A no se
envía a B.
Caso 2: Falla en la sección de la línea,
falla de apertura del interruptor B*
Si la falla monofásica está en la sección 1 y el
relevador A detecta y libera la falla
monofásica correctamente, pero el interruptor
B tiene problemas en su apertura, operará la
protección 50FI de este interruptor, enviando
el DTD al extremo A aproximadamente a los
150 ms. Si el extremo A se encuentra en la
secuencia de recierre (un polo abierto), al
recibir la señal DTD del extremo B, se abrirán
los otros 2 polos de A, evitando que se realice
el recierre bajo falla del extremo que realiza
primero el recierre.
Caso 3: Respaldo del relevador A para
fallas más allá del bus de enfrente
Si ocurre una falla entre fases en el punto 2
del cual se dará respaldo desde A, la
protección A enviará la señal DTL a la
protección B, si el infeed permite que mida la
falla. La protección B, al medir la falla en su
zona de reversa, no permitirá el disparo, del
interruptor B ya que está condicionado a que
la falla se localice solo en la zona que mide
hacia enfrente, hacia la estrella del TC.
Caso 4: Falla en la sección del bus B, falla
de apertura del interruptor B
Si una falla monofásica se localiza en la
sección del bus B (punto 4), operará la
protección 87B. Si el interruptor de B no abre
por problemas, la protección 87B debe dar el
arranque a la protección 50FI del interruptor
B, con lo cual se enviará la señal DTD a la
protección de A, aproximadamente a los 150
ms, permitiendo el disparo al recibir esta
señal con medición de la zona 3 y/o de 85L
(Q/G). Con este algoritmo, el relevador de A
al detectar la falla y recibir la señal DTD de B,
se tendrá un disparo del interruptor A.
El “temporizador” de la recepción de DTL y/o
DTD ya no se debe de tener físicamente en la
lógica de los relevadores A y B, y no debe
programarse en el algoritmo programado en
los relevadores, ya que hace que aumente el
tiempo de liberación de falla.
Con este algoritmo no es necesario
programar tampoco un tiempo posterior, una
vez que se han cumplido las condiciones de
operación, ganando tiempo en todas las
condiciones que debe de liberarse una falla
en cualquiera de los extremos.
¿Por qué este algoritmo disminuye los
eventos incorrectos por las causas
mencionadas?
Actualmente la señal de DTL/DTD se activa
sin una supervisión que garantice la
existencia de una falla eléctrica en las líneas
de transmisión, y por lo general, ésta puede
ser transmitida de un extremo al otro por
causas ajenas a la red (ruido, error humano,
ajuste incorrecto, daño en algún componente
del sistema de protección, etc.), toda vez que
dicha señal actúa directamente sobre las
bobinas del circuito de disparo del interruptor
del lado que recibe la señal.
Con este nuevo algoritmo, la ocurrencia de un
evento fortuito que genere la señal DTL/DTD
sin tener una falla sobre la red, disminuye en
un 100% la apertura de un interruptor. Sobra
decir, que la naturaleza de este nuevo
algoritmo de disparo de DTL/DTD funciona
adecuadamente bajo condiciones de falla en
el sistema eléctrico.
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El Anexo 1 muestra varios registros en los
cuales se han tenido recepciones de
DTL/DTD causando disparos, y otros,
recepciones muy cercanas a producir la
apertura del interruptor. También se muestra
la recepción de DTL/DTD en un sistema de
FO sin saber la causa que lo origina. En los
casos que se produjo disparo, estos se
hubieran evitado si se hubiera tenido
programado este algoritmo, ya que no había
falla transitoria en el sistema eléctrico, y en
los eventos de recepción de señales antes
de 30 ms, estos no producen disparo de
interruptor, debido a que no había falla en la
línea, pero se puede tener una alarma para
investigar su causa.
¿Cuál es la condición que hace disparar
este algoritmo que es más seguro?
Este algoritmo permite disparo bajo la
siguiente condición únicamente:
Si por alguna razón se transmite del extremo
A al B en forma constante la señal de DTL y/o
DTD, ya sea por daño permanente del equipo
de comunicaciones, daño del relevador de A,
envió por error humano o algún positivo
olvidado, solo una falla en el punto 1 y 3
permitirá el disparo del interruptor B, cuando
sea medido por la zona 3 y/o por la protección
85L (Q/G). La coincidencia de estos 2
factores tiene un valor de probabilidad
pequeño, sin embargo, puede suceder. Bajo
las condiciones actuales, sin programar el
algoritmo propuesto, se tendría un disparo,
porque solo se cuenta con el “temporizador”
que se tiene actualmente, ya que la señal de
DTL del extremo A va directo a la bobina de
disparo después de un tiempo mayor a 30 ms.
Con lo anterior, se puede ver la gran ventaja
de contar con este nuevo algoritmo seguro
para operar cuando se recibe la señal de DTD
o DTL.
Cualquier anomalía de algún relevador del
sistema de protección que produce un
disparo trifásico, debe de atenderse en forma
rápida, con lo cual, el tener la alarma de
“watchdog” monitoreada por el operador de
sistema, ayudará a evitar que la lógica tenga
un permisivo de disparo, y/o disminuya la
seguridad del sistema, al contar con una sola
protección en la línea.
Con lo anterior, se hace de suma importancia
que la transmisión en forma intermitente o
continúa de cualquiera de los extremos A ó B
de la señal DTL/DTD, debe de detectarse,
programando una alama en los relevadores
de A y B, avisando al operador del sistema
eléctrico. Esta alarma pude programarse
desde tiempos muy pequeños en la
recepción, hasta 2 ciclos, sin activación de la
Z3 y/o 85L (Q/G). La programación de un
tiempo pequeño servirá para detectar los
problemas en el cual el sistema de protección
incluye FO, y el tiempo de 5-8 ms, para los
problemas en donde se incluirán dispositivos
de potencial capacitivo. El usuario será el que
definirá cual es la condición anormal que
desea monitorear, e incluso, programar un
tiempo mayor.
La recepción antes del temporizador debe de
capturarse en el registrador de eventos (RD),
con la finalidad de poder cotejar la alarma que
producirá el algoritmo, verificándose en forma
posterior cual fue la causa del envió.
La Figura 3 muestra la salida de alarma del
algoritmo, al recibirse la señal de DTL/DTD en
un extremo, en un tiempo mayor al
programado.
Recepciónde DTL o DTD
0-2 C
Alarma
Z3 (Forward)
85L (Q/G)
Figura 3 Diagrama esquemático de la salida de
Alarma de DTL/DTD por problema en algún
componente del Sistema
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La revisión de la alarma que arrojará el
algoritmo
traerá
beneficios
en
el
Mantenimiento Basado en Confiabilidad, ya
que se estará detectando una condición
anormal mucho antes de que produzca un
evento no deseado, dando la atención
adecuada a la revisión completa del sistema.
Como se puede observar, los disparos por
error humano, los atribuibles a daño en el
equipo (sistema de protección completo de
cada
extremo),
ruido,
transmisiones
pulsantes de FO, tales como los que se han
presentado a la fecha sin condición de falla en
la línea, serán abatidos en su totalidad sin
presentar disparo del interruptor, mejorando
el índice de Libramientos correctos por
operación de los relevadores, ya que se
disminuirán las condiciones en las cuales no
se debe de tener una operación no deseada.
Muchos de los disparos que han ocurrido en
la GRTNO que incluye la apertura solo de un
extremo de la línea de transmisión, se han
generado bajo una operación de estado
estable de la línea de transmisión y del
sistema eléctrico, por lo que, el uso de este
algoritmo solo cumplirá con una de las
condiciones, no teniéndose la señal de
disparo hacia el interruptor.
seguridad al sistema eléctrico, disparando el
interruptor que recibe la señal de DTL/DTD,
solo para fallas en el sistema eléctrico.
Medición de voltaje alto en uno de los
extremos (59) para mantener en rango esta
medición
Cuando es necesario mantener la estabilidad
del sistema eléctrico y ciertos parámetros
como el voltaje dentro de un rango
determinado, es necesario la aplicación de
este esquema remedial para no dañar equipo
por este valor fuera de límites. Por lo anterior,
se puede seguir aplicado el algoritmo
propuesto de la Figura 3, con la adición de un
canal independiente que enlace la PP1 de un
extremo, con la PP1 del otro extremo sin
condicionantes. Enlazando de igual forma la
PP2, se tendrá redundancia en el algoritmo
propuesto, aumentando la seguridad en el
sistema eléctrico. La medición del voltaje se
realiza en un extremo enviando la señal DTD
al otro. La Figura 4 muestra el algoritmo
propuesto, del extremo que recibe realiza la
señal DTD por medición de 59.
Si el valor de ajuste de 59 lo permite, al ocurrir
una falla en la sección de la línea, el algoritmo
se desempeñará correctamente, permitiendo
el recierre secuencial.
La seguridad en el disparo por DTD también
se menciona en la referencia [4].
Cabe mencionar que, a la fecha, ninguna
protección a nivel mundial incorpora este
algoritmo en su firmware de operación, y que
da mucha seguridad en la recepción del
disparo por DTL/DTD.
La aplicación del algoritmo propuesto en una
línea de trasmisión, con 2 marcas de
relevadores diferentes, se realizó son
resultados
totalmente
satisfactorios,
verificándose que los disparos por error
humano, ruido en el canal y otros factores con
los cuales anteriormente se presentaba un
disparo, son totalmente abatidos, dando más
Figura 4 Diagrama esquemático del algoritmo
seguro de DTL/DTD con medición de 59
Debido a la incorporación de la medición de
voltaje en un extremo sin restricciones, se
tiene cierta incertidumbre en la recepción de
DTD por 59. Pero al utilizar el algoritmo
propuesto con medición de 59, la seguridad
se aumenta, ya que parte de las causas que
permitían un disparo sin falla en el sistema,
tiene restricción.
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CONCLUSIONES
Al aplicar esta nueva propuesta de algoritmo
para el disparo DTD o DTL, se aumenta la
seguridad del sistema eléctrico, ya que se
evitan disparos no deseados que pueden
traer otras consecuencias al sistema
eléctrico, o perturbaciones en la red eléctrica,
al abrirse enlaces importantes, con alta carga.
No se tendrá problema de apertura de
interruptor cuando por alguna razón se
origine un ruido demasiado largo en el equipo
de
comunicaciones con falla, ya que
actualmente la única defensa contra este
ruido, es un “temporizador” de un ajuste
determinado.
Es necesario programar este algoritmo en las
dos protecciones principales de cada extremo
de la línea de transmisión, con la finalidad de
no disminuir la seguridad del sistema de
protecciones, quedando programada la
función 85L preferentemente en una de ellas.
Si queda en las dos, la sensibilidad de
detectar fallas hacia enfrente con las dos
protecciones, aun con buses muy robusto,
quedará garantizada.
REFERENCIAS
La programación de la alarma con el
temporizador adecuado permitirá detectar los
problemas que se están presentando en FO,
así como los ruidos que presentan en los
dispositivos de potencial capacitivo.
Se tendrán beneficios en el Mantenimiento
Basado en Confiabilidad, con la revisión de
los equipos que componen el sistema de
protección
(incluyendo
equipo
de
comunicaciones), una vez que se ha tenido
una alarma del algoritmo, ya que se estará
detectando una condición anormal mucho
antes de que produzca un evento no
deseado, dando la atención adecuada a la
revisión completa del sistema de protección.
[1]
E. O. Schweitzer III, “Distance Relay
Element Design”, SEL.
[2]
Rafael Alberto Córdova Cruz, Llaveos
de Canal con Alcances muy Mayores al 120%
de la Impedancia de la Línea, ¿un
imposible?, ¿una realidad?, CFE
[3]
Rafael Alberto Córdova Cruz, “Método
de Ajuste y Prueba de 85L”, CFE.
[4] Miriam P. Sanders, “A Reliable Power Line
Carrier based Relay System”, WPRC2012.
Con esta novedosa propuesta, al recibir la
señal de DTD o DTL y enviar la señal de
disparo al interruptor, se estará garantizando
que realmente hay una falla en el sistema
eléctrico y no problemas en los equipos
comunicaciones/protecciones del extremo
remoto y/o error humano.
Cuando se tiene una protección remedial 59
en uno de los extremos de la línea, solo en el
extremo que recibe las señales de DTD/DTL
no se programa en ese extremo, pero en el
extremo que envía la señal se puede
programar.
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Rafael Córdova terminó sus estudios de
Ingeniería
Eléctrica
en
el
Instituto
Tecnológico de Hermosillo en 1990, y en
2008 terminó sus estudios de Maestría de
Ciencias de Ingeniería Eléctrica con Honores
por
el
Instituto
Tecnológico
de
Aguascalientes. Trabaja en CFE desde 1990
y se interesa en el estudio y comportamiento
de los relevadores y su aplicación en los
Sistemas de Potencia. En 2008 desarrollo un
nuevo algoritmo de detección de fallas entre
espiras en equipos de transformación
sumamente sensible, que detecta fallas de
aislamiento en generadores y fallas en la
zona diferencial de reactores. En 2012
desarrolló un nuevo algoritmo de protección
85T que detecta fallas de transformadores,
reactores y generadores, sin la clásica
protección diferencial.
Pedro A. Verdugo terminó sus estudios de
Ingeniería Eléctrica en la Escuela Superior
Ingeniería Mecánica y Eléctrica, ESIME del
Instituto Politécnico nacional en el año de
1977, y en 2011, después de 30 años de
servicio, se jubila de CFE como Jefe
Departamento Regional de Protecciones.
Actualmente tiene 31 años de experiencia en
aplicación de protecciones en sistemas
eléctricos de potencia. Desde 2011 trabaja
independiente, realizando estudios de corto
circuito y coordinación de protecciones y
análisis de sistemas de potencia para el
sector industrial, particular y minero del país.
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ANEXO 1
Recepción de señal DTL/DTD produciendo disparo en interruptor
GYC-93350 por daño en sistema de comunicaciones. El problema
se encontró en la bobina de drenaje del dispositivo de potencial
capacitivo
Registro de RD que muestra la recepción de DTL/DTD en la
subestación STA en un sistema de FO, con una duración de 1.042
ms, sin saber la causa de origen
Al investigar la causa del disparo de interruptor GYC-93350, se
produce un disparo no deseado por error humano, al equivocar la
posición correcta de los puntos
Disparo de interruptor ICA-93180 por error humano al realizar
trabajos con licencia en la subestación STA (Santana)
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Recepción de señal DTD en línea de 400 kV con una duración de
21.42 ms, muy cercano al tiempo límite para producir apertura del
interruptor MZD-A3N20. No se ha podido realizar pruebas al
sistema por problemas de obtención de licencia
Disparo del interruptor NRI-93210 al recibir intermitencia en la señal
de DTD del extremo de HLT, al presentarse problema de arqueo de
CD en una tablilla del gabinete de accesorios del reactor. Al
momento de tener variaciones de voltaje en el umbral (80 – 81 VCD)
al apagado del relevador (fuente de alimentación), el equipo se
apaga y prende, provocando que las entradas de las tarjetas de
entradas-salidas se tomen como energizadas.
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Explicación del algoritmo seguro DTL/DTD que disminuye
principalmente los disparos por factor humano
Rafael Alberto Córdova Cruz, [email protected], CFE
El presente documento tiene como finalidad explicar a más detalle el algoritmo seguro
propuesta en el documento “Algoritmo de protección para disparo por DTD o DTL que
evita disparos por ruido excesivamente largo por falla del equipo de canal o por error
humano”
¿Qué ventajas tiene esta propuesta?
1. Evitar disparos por error humano al 100%.
2. Evitar disparos por ruido del canal Oplat muy largo por daño en algún
componente al 100%.
3. Evitar disparos por señales desconocidas filtradas en los equipos de FO al
100%.
4. Evitar disparos por relevadores dañados al cerrar su contacto de disparo
por daño interno, sin falla en la línea
5. Daño en el equipo de comunicaciones que permite una transmisión
constante de la señal DTL/DTD
Una gran cantidad de disparos se han presentado en el sistema eléctrico de México,
sin que se tenga falla en la línea, producto de las causas que se mencionan,
teniendo mayor frecuencia la de factor humano.
En la Figura 1 se tienen 2 relevadores de protección de línea A Y B, en los cuales
se tiene programado el algoritmo seguro para DTL y DTD de la Figura 2, operando
con recierre monopolar secuencial en ambos extremos.
B
A
Figura 1 Diagrama de una línea que muestra los puntos de falla
Página 11 de 15
Figura 2 Diagrama esquemático del algoritmo seguro de DTL/DTD
¿Que se requiere para realizar el algoritmo de la Figura 2?
La zona 3 o zona 4 (dependiendo del relevador) con detección de falla hacia
la estrella del TC, que incluye la detección de fallas a tierra monofásicas y
entre fases.
En caso de poder programar 85L (Q/G), debe de realizarse, ya que es más
sensible que la zona 3 o zona 4 hacia enfrente. Se debe tener especial
cuidado de no programar 85G en líneas paralelas, por tener problemas en la
indicación de fallas hacia adelante al utilizar la dirección en AUTO.
La programación de polo abierto debe estar en ambos relevadores por la
condición de falla * explicada más abajo.
Recepción de la señal DTL o DTD.
La transmisión de la señal DTL o DTD de los extremos A y B, es el producto
de la detección de una falla entre fases, hacia enfrente por las protecciones
8 7 L, 21 y de un disparo de la protección 67. La transmisión de la señal DTD
por la protección 50FI de cualquiera de los extremos A y B, producto de una
falla en la cual no abre el interruptor A o B o el polo correspondiente, teniendo
además un arranque de una protección.
Explicación de todos los casos de falla de la Figura 1
Caso 1: Falla monofásica/entre fases en la sección de la línea
Al ocurrir una falla monofásica en cualquier parte de la línea (punto 1 de la Figura
1), se detecta la falla por los relevadores A y B, mandando la apertura del polo
correspondiente del interruptor asociado. Si el estudio de estabilidad y arco
secundario realizado por el Departamento de Estudios determina que el interruptor
A cierre primero, este cerrará en el tiempo estipulado. Si el recierre es fallido, la
protección A enviará la señal DTL al extremo B, y como el interruptor B se encuentra
con un polo abierto, este abrirá los 2 polos faltantes al recibir la protección del
extremo B la señal DTL. En la secuencia normal del recierre secuencial la señal DTL
de A no se envía a B.
Si la falla que se presenta en el punto 1 es entre fases, las protecciones de ambos
extremos detectan la falla por la Z3 y/o 85L (Q/G), enviado la señal DTL a la
protección del extremo contrario, permitiendo el disparo hacia el interruptor. Como
la falla es entre fases, no se realiza recierre secuencial.
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Caso 2: Falla en la sección de la línea (punto 1), falla de apertura del
interruptor B*
Si la falla monofásica está en el punto 1 y el relevador A detecta y libera la falla
monofásica correctamente, pero el interruptor B tiene problemas en su apertura,
operará la protección 50FI de este interruptor enviando el DTD al extremo A
aproximadamente a los 130-150 ms. Si el extremo A se encuentra en la secuencia
de recierre (un polo abierto), al recibir la señal DTD del extremo B se abrirán los
otros 2 polos de A, evitando que se realice el recierre bajo falla del extremo que
realiza primero el recierre. La línea queda fuera.
Caso 3: Respaldo del relevador A para fallas más allá del bus de enfrente
Si ocurre una falla entre fases en el punto 2 del cual se dará respaldo desde A, la
protección A enviará la señal DTL a la protección B, si el infeed permite que mida la
falla con las zonas de protección o laproteccion 85L. La protección B, al medir la
falla en su zona de reversa, no permitirá el disparo, del interruptor B ya que está
condicionado a que la falla se localice solo en la zona que mide hacia enfrente, hacia
la estrella del TC.
Caso 4: Falla en la sección del bus B, falla de apertura del interruptor B
Si una falla monofásica se localiza en la sección del bus B (punto 4), operará la
protección 87B. Si el interruptor de B no abre por algún problema en forma tripolar,
la protección 87B debe dar el arranque a la protección 50FI del interruptor B, con lo
cual se enviará la señal DTD a la protección de A aproximadamente a los 130-150
ms, permitiendo el disparo al recibir esta señal con medición de la zona 3 y/o de 85L
(Q/G). Con esta lógica, el relevador de A al detectar la falla y recibir la señal DTD
de B, se tendrá un disparo del interruptor A.
No debe de programarse ningún timer que retrase la señal de apertura del
interruptor A y B, ya que se tiene el permisivo de ver la falla hacia delante por el
relevador A y B.
Con esta lógica no es necesario programar tampoco un tiempo posterior, una vez
que se ha cumplido la lógica, ganando tiempo en todas las condiciones que debe
de liberarse una falla en cualquiera de los extremos.
¿Por qué esta lógica disminuye los eventos incorrectos por las causas
mencionadas?
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Debido a que actualmente no existe una supervisión de que realmente se tenga una
falla en la sección de la línea o un poco más allá, para que sea enviada la señal de
DTL/DTD, ésta señal, al ser transmitida de un extremo al otro por cualquier causa,
“no producto de una falla transitoria” en el sistema eléctrico de una falla entre fases
o por operación de la protección 67, va directo a las bobinas del interruptor del lado
receptor, permitiendo su apertura tripolar.
Con esta lógica implementada en los relevadores A y B de la Figura 1, la
reproducción de un evento por factor humano del envío de esta señal disminuye en
un 100% la apertura de un interruptor, ya que, para poder disparar un interruptor, es
requisito de que realmente hay una falla en el sistema eléctrico. También se evita el
disparo de interruptor A si por algún motivo se recibe la señal DTL o DTD por daño
en el equipo de comunicaciones sin presentarse falla en el punto 1, 2 ó 4.
¿Cuál es la condición que hace disparar al algoritmo?
El algoritmo permite disparo bajo la siguiente condición únicamente:
Si por alguna razón se transmite del extremo A al B en forma constante la señal de
DTL y/o DTD, ya sea por daño permanente del equipo de comunicaciones, del
relevador de A o algún positivo olvidado o por error humano, solo una falla en el
punto 3 permitirá el disparo del interruptor B, siempre y cuando pueda ser medido
por la zona 3 y/o por la protección 85L (Q/G). La coincidencia de estos 2 factores
tiene un valor de probabilidad pequeño, sin embargo, puede suceder. Bajo las
condiciones actuales, se tendría un disparo, porque solo se cuenta con el “timer”
que se tiene actualmente sin la lógica segura, ya que la señal de DTL del extremo
A va directo a la bobinas después de un tiempo mayor a 30 ms.
Cualquier anomalía de algún relevador del sistema de protección que produce un
disparo trifásico, debe de atenderse en forma rápida, con lo cual, el tener la alarma
de “watchdog” monitoreada por el operador de sistema, ayudará a evitar que la
lógica tenga un permisivo de disparo.
Con lo anterior, se hace de suma importancia que la transmisión en forma continua
de cualquiera de los extremos A o B de la señal DTL/DTD debe de detectarse,
programando una alama en los relevadores de A y B, además del equipo de
comunicaciones, avisando al operador del sistema eléctrico. El tiempo sugerido es
1.2-1.5 s.
Como se puede observar, los disparos por error humano, los atribuibles a daño en
el equipo involucrado en la lógica (sistema de protección completo de cada
extremo), transmisiones pulsantes de FO, tales como los que se han presentado a
la fecha, sin condición de falla en la línea, serán abatidos en su totalidad, mejorando
del sistema de protección de la línea de transmisión entre A y B, ya que se
disminuirán las condiciones en las cuales no se debe de tener una operación no
deseada.
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La protección 59 programada en cualquier extremo A ó B sin supervisión, pudiera
ser una limitante que disminuye la seguridad del sistema de protecciones, pero aun
con su aplicación, se ve aumentada, ya que no permite el disparo en una parte del
algoritmo si no hay falla en el sistema eléctrico, solo limitada por el valor de ajuste
de la protección 59.
Rafael Córdova trabaja en la Gerencia Regional de Transmisión Noroeste, en
Hermosillo, Sonora México.
Puede consultar este paper y otros más realizados por el autor con información técnica
en el siguiente link:
https://utsmaracaibo.academia.edu/rafacordova
https://www.researchgate.net/
Rafael Córdova terminó sus estudios de Ingeniería Eléctrica en el Instituto Tecnológico
de Hermosillo en 1990, y en 2008 terminó sus estudios de Maestría en Ciencias de
Ingeniería Eléctrica con Honores por el Instituto Tecnológico de Aguascalientes.
Trabaja en CFE (México) desde 1990 y se interesa en el estudio y comportamiento de
los relevadores y su aplicación en los Sistemas de Potencia. En 2008 desarrolló un
nuevo algoritmo de detección de fallas entre espiras en equipos de transformación
sumamente sensible, que detecta fallas de aislamiento en generadores y fallas en la
zona diferencial de reactores con un método diferente a las protecciones
convencionales. En 2012 desarrolló otro nuevo algoritmo de protección que detecta
fallas de transformadores, reactores y generadores, sin la clásica protección
diferencial.
Es miembro del Comité de Especialistas de Protecciones de México desde el año
2006.
En el año 2009 obtiene el Primer Lugar en el Premio al Desarrollo y a la Innovación
Tecnológica que entrega Comisión Federal de Electricidad a nivel nacional, con el
proyecto realizado: “Nuevo Algoritmo de Protección Diferencial de Transformador que
Detecta Fallas entre Espiras y Fallas en la Zona de cobertura de la Protección
Diferencial
de
Trasformador”.
Ha presentado varios papers con información técnica que se aplica actualmente en el
Sistema Eléctrico de México de forma exitosa (algunos papers se han publicado solo
internamente en CFE), en los fórums de RVP de Acapulco, Guerrero, avalada por
IEEE de México y en Simposio Iberoamericano sobre Protección de Sistemas
eléctricos de Potencia, en Monterrey Nuevo León.
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