CIP Analisis de Falla Sistema de Transmision 26 Enero 2011

Análisis de Fallas en Sistemas de Transmisión

Colegio de Ingenieros del Perú Lima, 24, 25, 26 de Enero 2011 ,PSHGDQFLDYLVWDSRUHOUHOp

Colegio de Ingenieros del Perú Lima 24, 25, 25, 26 de Enero Enero 2011 2011 1 ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Contenido

1. Introducción 2. Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo 3. Importancia del Análisis Fallas 4. Anomalías que afectan la operación operació n 5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones 6. Metodología y criterios para el Análisis de Perturbaciones

Aplicativ os en sistema de transmisión 7. Análisis de perturbaciones - Casos Aplicativos

2 ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Contenido

1. Introducción 2. Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo 3. Importancia del Análisis Fallas 4. Anomalías que afectan la operación operació n 5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones 6. Metodología y criterios para el Análisis de Perturbaciones



Contenido 1. Introducción   

La empresa Operación de Sistemas Eléctricos de Potencia Normatividad de la Operación de Sistemas Eléctricos de Potencia

2. Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo 3. Importancia del Análisis Fallas

operació n 4. Anomalías que afectan la operación 5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones 6. Metodología y criterios para el Análisis de Perturbaciones



La Empresa El Grupo Empresarial ISA

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La Empresa El Grupo Empresarial ISA en el Perú

El grupo de transmisión de energía más grande del Perú Accionistas: Grupo ISA (60%) y EEB (40%). Empresa operadora del negocio de transmisión eléctrica para el grupo empresarial ISA en el Perú Accionistas: Accionistas: Grupo ISA (83%), AC Capitales del Perú (17%)

Accionistas: Grupo ISA (60%) y EEB (40%)


La Empresa Red de Energía del Perú



Colaboradores



Subestaciones km de líneas



Departamentos

PLO Beneficiados en RSE 6 ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.



2. Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo 3. Importancia del Análisis Fallas 4. Anomalías que afectan la operación 5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones 6. Metodología y criterios para el Análisis de Perturbaciones 7. Análisis de perturbaciones - Casos Aplicativos en sistema de transmisión


Operación de Sistemas de Potencia La Industria Eléctrica

Generación





Transmisión

Distribución

Comercialización

Atender la demanda de electricidad en forma continúa, para atender el desarrollo de un país o una región. El Perú viene creciendo sostenidamente en los últimos años, y en consecuencia también creciendo la demanda de electricidad.


Operación de Sistemas de Potencia Objetivos de la Operación de Sistemas de Potencia /DRSHUDFLyQGHORVVLVWHPDVHOpFWULFRVVHSXHGHFDUDFWHUL]DUSRU WUHVREMHWLYRVLQWHUGHSHQGLHQWHV

CALIDAD 3(5),/$&(37$%/('(9$/25(6'( 7(16,Ð1<)5(&8(1&,$'(/$ 327(1&,$(/e&75,&$680,1,675$'$

SEGURIDAD 7(1(5%$-$352%$%,/,'$''( 48((;,67$',6&217,18,'$' '(/6(59,&,2(/e&75,&2

ECONOMÍA 0,1,0,=$5/26&26726'( 23(5$&,Ð1'(/6,67(0$

3DUDODRSHUDFLyQGHXQVLVWHPDHOpFWULFRGHSRWHQFLDVHGHEHFRQVLGHUDU DGHPiVGHORVDVSHFWRVWpFQLFRVHOPDUFROHJDOHQTXHVHGHVHQYXHOYHpVWH ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.


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/DFDOLGDGHVQRUPDOPHQWHGHVFULWDSRU 7(1(5%$-$352%$%,/,'$' 3(5),/$&(37$%/('(9$/25(6 PHGLRGHXQSHUILODFHSWDEOHGHYDORUHV '(48((;,67$ '(7(16,Ð1<)5(&8(1&,$'( GHWHQVLyQ\IUHFXHQFLDGHODSRWHQFLD ',6&217,18,'$''(/ /$327(1&,$(/e&75,&$ HOpFWULFDHQWUHJDGDDOFRQVXPLGRU 6(59,&,2(/e&75,&2 /DWHQVLyQGHEHHVWDUHQXQQLYHO\ FDQWLGDGGHIOLFNHU DFHSWDGRSRUHOWLSR GHVXPLQLVWURV\ODIUHFXHQFLDFRQ YDULDFLRQHVPX\SHTXHxDVUHVSHFWRDO (&2120Ì$ YDORUQRPLQDO

0,1,0,=$5/26&26726'( 23(5$&,Ð1'(/6,67(0$



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(&2120Ë$ 3(5),/$&(37$%/('(9$/25(6

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7(1(5%$-$352%$%,/,'$' &RQVLVWHHQPLQLPL]DUHOFRVWRGHODRSHUDFLyQGHOVLVWHPD\ODV '(48((;,67$ '(7(16,Ð1<)5(&8(1&,$'( LQYHUVLRQHVHQHTXLSRVVLVWHPDVGHFRQWUROHWF ',6&217,18,'$''(/ /$327(1&,$(/e&75,&$ 6(59,&,2(/e&75,&2

(&2120Ì$ 0,1,0,=$5/26&26726'( 23(5$&,Ð1'(/6,67(0$ 3DUDODRSHUDFLyQGHXQVLVWHPDHOpFWULFRGHSRWHQFLDVHGHEHFRQVLGHUDU DGHPiVGHORVDVSHFWRVWpFQLFRVHOPDUFROHJDOHQTXHVHGHVHQYXHOYHpVWH ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Operación de Sistemas de Potencia Objetivos de la Operación de Sistemas de Potencia /DRSHUDFLyQGHORVVLVWHPDVHOpFWULFRVVHSXHGHFDUDFWHUL]DUSRU 6(*85,'$' WUHVREMHWLYRVLQWHUGHSHQGLHQWHV 8QQLYHOGHVHJXULGDGPX\DOWRVHPDQLILHVWDHQXQD EDMDSUREDELOLGDGGHTXHH[LVWDLQWHUUXSFLRQHVGH &$/,'$' 6(*85,'$' VHUYLFLRDXQTXHHOVLVWHPDVXIUDSHUWXUEDFLRQHV(O 7(1(5%$-$352%$%,/,'$' 3(5),/$&(37$%/('(9$/25(6 SURFHVRGHGHWHUPLQDFLyQGHORVQLYHOHVGHVHJXULGDG '(48((;,67$ '(7(16,Ð1<)5(&8(1&,$'( LPSOLFDHYDOXDU ',6&217,18,'$''(/ /$327(1&,$(/e&75,&$  /DFDSDFLGDGGHOVLVWHPDGHVDWLVIDFHUOD 6(59,&,2(/e&75,&2 GHPDQGDDQWHIDOODV  (OLPSDFWRGHODVGHFLVLRQHVGHORVRSHUDGRUHV UHVSHFWRDODHQWUDGD\VDOLGDGHHTXLSRVR FDUJDVLPSRUWDQWHV (&2120Ì$  (OHIHFWRGHODVDFFLRQHVFRUUHFWLYDV 0,1,0,=$5/26&26726'( FRQWHPSODGDVSRUHORSHUDGRUFRQHOSURSyVLWRGH 23(5$&,Ð1'(/6,67(0$ PHMRUDUODVHJXULGDG



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3(5),/$&(37$%/('(9$/25(6 '(7(16,Ð1<)5(&8(1&,$'( /$327(1&,$(/e&75,&$

7(1(5%$-$352%$%,/,'$' '(48((;,67$ ',6&217,18,'$''(/ 6(59,&,2(/e&75,&2

(&2120Ì$ 0,1,0,=$5/26&26726'( 1RH[LVWHXQDFRPELQDFLyQLGHDOGHORVWUHVREMHWLYRVPHQFLRQDGRV/D 23(5$&,Ð1'(/6,67(0$ FRPELQDFLyQySWLPDHV~QLFDSDUDFDGDVLVWHPD\YDUtDFRQIRUPHDFDGD FRQGLFLyQGHRSHUDFLyQ/RVREMHWLYRVGHVHJXULGDG\HFRQRPtDVRQD~Q FRQWUDGLFWRULRVDFDXVDGHUD]RQHVREYLDVXQDPD\RUVHJXULGDGLPSOLFDPD\RUHV 3DUDODRSHUDFLyQGHXQVLVWHPDHOpFWULFRGHSRWHQFLDVHGHEHFRQVLGHUDU FRVWRVGHRSHUDFLyQ

DGHPiVGHORVDVSHFWRVWpFQLFRVHOPDUFROHJDOHQTXHVHGHVHQYXHOYHpVWH ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Operación de Sistemas de Potencia Programación de la Operación Plan de Expansión Horizonte: 10 años

Ley 28832 - LEY PARA ASEGURAR EL DESARROLLO EFICIENTE DE LA GENERACIÓN ELÉCTRICA Capítulo IV

Costo implícito de déficit Configuración del parque generador

Programación de la Operación Sub-sistemas agregados Estadísticas hidrológicas

Re resentación individualizada Previsión hidrológicas mensuales y semanales

Largo Plazo Horizonte: 4 años Etapas: Mensuales

Ley 25844 - RLCE Art. 94 y 95 r

r

Estrategias de Operación Planes de Contingencia

e ano azo Horizonte: Anual Etapas: Semanales Metas semanales de generación por central

Programación de la Operación

Representación detallada

Mediano Plazo Programa Mensual Programa de Operación Planes de Contingencia Corto Plazo Programa Semanal Programa Diario

Despacho horario de Generación ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Ley 25844 - RLCE Art. 93 y 95 r

r

Operación de Sistemas de Potencia Programación de la Operación INICIO Programación de la Generación y la Red de Transmisión Análisis de Contingencias

SI

¿Es Seguro?

NO Restricciones Operativas ¿Es Contingencia Extrema?

Contingencia de Diseño Normal

Modificación del Programa de Generación y la Red de Transmisión

NO

SI Plan de Contingencias Programa de Operación Calidad, Seguridad y Economía FIN ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Operación de Sistemas de Potencia Análisis de Seguridad Operativa 







En general, los estudios de análisis de seguridad consisten en simular la desconexión de unidades generadoras y equipos de transmisión para estudiar su efecto sobre las variables del sistema a partir de un estado inicial dado, y medir la robustez del sistema para soportar estas posibles contingencias. Así, el análisis de seguridad mide el nivel de reserva del SEP.

ESTUDIOS DE ANÁLISIS DE SEGURIDAD OPERATIVA TENER BAJA PROBABILIDAD DE QUE EXISTA DISCONTINUIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO

SEGURIDAD EN LA

DE LA OPERACIÓN diferencia que presentan las variables del sistema y sus respectivos límites de operación. PLANES DE Un SEP nunca opera con seguridad en el CONTINGENCIA sentido absoluto de la palabra; se debe PARA AQUELLOS CASOS EXTREMOS QUE NO SON programar la operación de manera que se CUBIERTOS EN EL ANÁLISIS DE SEGURIDAD tenga la mayor seguridad posible. La seguridad operativa debe ser tratada desde la Programación de la Operación. Un aspecto que muchas veces no es tratado en análisis de seguridad son los Planes de Contingencia. ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Operación de Sistemas de Potencia Análisis de Seguridad Operativa Curva V-P 230

220 X: 164.5 Y: 209.2

210

200

190 Tensión en Paramonga

180

Tensión en Chimbote

170

160

0

50

100

150

200

250

80 75

s o d a r G , a t l e D

70 65 60 0

0.5

1

1.5

2

2.5 t, sec

3

3.5

4

4.5

5

$1È/,6,6'( 6(*85,'$'

60.05

60 z H , f

59.95

59.9

.

.

.

.

.

+/- 5% Tensión Nominal


Operación de Sistemas de Potencia Estados Operativos del Sistema

ESTADO NORMAL    

Adición de Carga y Generación

Cumple los criterios de seguridad Cumple límites operativos Cumple límites de diseño Sin pérdida de c arga r Control Preventivo

Perturbación

ESTADO RESTAURATIVO   

Cumple l ímites operativos Cumple límites d e diseño Pérdida de carga no radial

Evento

ESTADO DE ALERTA 

Control Correctivo

  

Criterios de seguridad en el margen Límites operativos en zona de alerta Cumple l ímites de diseño Sin pérdida de carga o sólo radial Control Correctivo

Resincronización

ESTADO DE EMERGENCIA    

Evento / Perturbación

No cumple criterios de seguridad Violación de límites operativos Violación de límit es de diseño Pérdida de cargar


Operación de Sistemas de Potencia Proceso de la Operación de un Sistema Eléctrico de Potencia

Los mejoramientos se alcanzan cuando se estandarizan y se aseguran resultados sistemáticamente Administración de SOM Proyectos de mejora

Se evalúan los resultados frente a las metas planteadas. Evaluación

Se Planea y Programa la Operación. Programación Planificación

Los Programas se transforman en acciones que se realizan en el Día a Día. Ejecución




2. Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo 3. Importancia del Análisis Fallas 4. Anomalías que afectan la operación 5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones 6. Metodología y criterios para el Análisis de Perturbaciones 7. Análisis de perturbaciones - Casos Aplicativos en sistema de transmisión


Normatividad de la Operación del Sistema Principales Normas de la Transmisión

DL 25844 Ley de Concesiones Eléctricas (LCE)

DS 020-97 Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos

25Feb93 19Nov92

DS 009-93 Reglamento de la LCE

RD 049-99 Norma Técnica de Operación en Tiempo Real de los Sistemas Interconectados

Ley 26876. Ley Antimonopolio y Antioligopolio del Sector Eléctrico

03May08

23Jul06

19Nov97

09Oct97

DS 027-2007 Reglamento de Transmisión

29Nov99

17May07

Ley 28832 Desarrollo eficiente de generación eléctrica


DS 027-2008 Reglamento del COES

Normatividad de la Operación del Sistema Principales Normas para el Análisis de Perturbaciones

DS 020-97 Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos

09Oct97

RD 049-99 Norma Técnica de Operación en Tiempo Real de los Sistemas Interconectados

NTCSE NTCOTRSI Procedimientos y Directiva COES

29Nov99 10Feb10

Procedimientos Internos: • O-P-03 Evaluación de la Operación • Instructivos • Formatos

Directiva para la Función de Asignación de Responsabilidad por Eventos que Ocasionan Transgresiones a la NTCSE


Contenido 1. Introducción

2. Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo 3. Importancia del Análisis Fallas 4. Anomalías que afectan la operación 5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones . 7. Análisis de perturbaciones - Casos Aplicativos en sistema de transmisión


Proyección de la Demanda SEIN 2010-2019 Tasa de Crecimiento Anual Energía

Tasa de Crecimiento Máxima Demanda

Producción Energía Anual (miles GWh)

Máxima Demanda Anual (MW)


Balance Oferta-Generación Área Norte 3000 2500 2000

1429

1500 W M 1000

1704 1559

1954

767 438

500 0

2010

SEIN

2015

2019

14000

11876

12000

Zona Centro

9791

9228

10000

10000 8000 6000 4000 2000 W 0 M

8000 6000 W M

5629

4814

2010

4000 2000 0

2010 Generación (MW)

8214 4449

2015

2019

Demanda (MW)

Zona Sur

3000 2500 2000 1500 1000 500 W 0 M

1677

1780

2103 2173

742 889

2010

2015


2019

6122 4565

2015

5665

2019

Proyectos de transmisión en ejecución Nº Descripción 1 L.T. 138 kV Laguna la Niña – Bayovar. Subestación 220/138kV Laguna la Niña CTM (Mar. 2010) 2 L.T. Paragsha-Conococha-Huallanca-Cajamarca-Cerro Corona-Carhuaquero 220kV. Abengoa (22.Nov.10) 3 2da terna 220 kV Independencia-Ica. ISA (Abr.11) 4 Refuerzo L.T 220 kV Mantaro-Cotaruse-Socabaya a 505 MVA. CTM (Jul. 2011) 5 Ampliación N°6 : 2da terna 220 kV Chiclayo – Piura.  REP (Ago.2011) 6 L.T 220 kV Piura – Talara ISA (Ago.2012) 7 L.T. 220 kV Tintaya-Socabaya REI (Mar.2013) 8 L.T 220 kV Pomacocha–Carhuamayo.ISA (Sep.2012) 9 L.T. 500 kV Mantaro–Caraveli-Montalvo y L.T. 220 kV Cotaruse-Machupicchu ISONOR (22.feb.11) 10 L.T. Chilca-Zapallal 500 kV y L.T. Chilca-La PlanicieZapallal 2x220 kV, preparada para migrar a 500 kV (Mar.11 ISA) 11 L.T. 500 kV Zapallal-Chimbote-Trujillo. ISA (Jun. 2012)

  

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12 L.T. 500 kV Chilca-Marcona-Ocoña-Montalvo. Abengoa (2do semestre 2012) 13 $PSOLDFLyQ1 $PSOLDFLyQGHODFDSDFLGDGGH 7UDQVPLVLyQ,QGHSHQGHQFLD,FDH,FD0DUFRQD ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

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Proyectos de transmisión definidos N° Descripción 14 Ampliación N°5: Subestaciones Piura Oeste (Dic.10): Trafo 100 MVA 220/60/10 kV, doble barra 220 y 60 kV. Trujillo Norte (Dic.10):Trafo 45 MVA 138/22.9/10 kV, Conf. interruptor 1 ½ de barras 138 kV, Banco condensadores 15Mvar, 10kV. Quencoro (Dic.10): Trafo 25 MVA 138/10/34 kV, Doble barra 138 kV Azángaro (Dic.10): Trafo 47.5 MVA 138/10/22.9 kV Tingo María (Dic10) Trafo 50 MVA 220/138/10 kV Independencia: Cambio de simple a doble barra 60 kV (Feb. 10) 15 Ampliación N°7 : Adecuación Integral de las subestaciones San Juan, Santa Rosa, Chavarría, Ventanilla y Zapallal, aumento Icc (Ene.12) 16 Subestación Orcotuna Trafo 220/60/10 kV 50 MVA. Proyecto Electrocentro 17 Subestación Huancavelica Trafo 220/138/10 kV 50 MVA. Proyecto Electrocentro

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Resultados de corto plazo 2010-2012 Proyectos líneas de transmisión necesarios Nº Descripción 1 2da terna L.T. Trujillo-Guadalupe-Chiclayo 2 LT 220 kV Chimbote – Trujillo Incremento de capacidad de 152 a 180 MVA. 3 Repotenciación Chilca – San Juan (L2093) a 2x350MVA 4 Repotenciación Chavarría-Santa Rosa – San Juan a 2x300 MVA 5 4to Circuito Ventanilla – Chavarría (brazo disponible) 6 Repotenciación Zapallal – Ventanilla a 2x300MVA 7 Re otenciación líneas 138 kV Huánuco-Para sha Tingo María-Tocache y Aguaytía-Pucallpa a 75MVA. 8 Repotenciación La Oroya – Pachachaca-Pomacocha 250MVA (ISA Perú/REP) 9 3er Circuito 60 kV Marcona – San Nicolás

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Resultados de corto plazo 2010-2012 Proyectos subestaciones necesarios N° Descripción 10 Ampliación de Subestaciones Norte Chimbote1: Trafo 15 MVA, 138/13.8/24 kV-15 MVA Guadalupe: Trafo 75 MVA, 220/60/10 kV-75 MVA; Chiclayo Oeste: Trafo 100 MVA, 220/60/0.38 kV; BC 1x30 Mvar, 60 kV. Piura Oeste: BC 2x20 Mvar, 60 kV Paramonga: Cambio de config. 66 kV a doble barra.. Zorritos: Trafo 50 MVA, 220/60/10 kV Huacho:Trafo 50 MVA, 220/66/10 kV 11 Reactor limitador de corriente de cortocircuito (Chilca)  ras a o generac n a ca 12 Ampliación Subestaciones Centro Tocache Trafo 132/24/10, 15 MVA. Huánuco:Trafo 138/24/10 kV, 50 MVA. Paragsha: Config. 138 kV a doble barra Independencia: Trafo 10.3/10.3 kV, 4 MVA; Trafo  210/62.3/10.3 kV Ica: Trafo 220/62.3/10.3 kV, 100MVA; BC 20 Mvar.  Pomacocha Config. 220 kV a doble barra Pucallpa: Trafo 138/60 kV BC 1x10 Mvar 13 Ampliación de Subestaciones Sur Puno:Trafo 132/60/22.9 kV-30 MVA BC 2x15 Mvar Tintaya: Trafo 132/10.5 kV-25 MVA. Ayaviri y Combapata: Configuración de barras 138 kV ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A. de “T” a “PI” (Entrada y Salida)



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Resultados de largo plazo 2012-2019 Proyectos recomendados Paquitzapango 1540 MW

Sumabeni 1199 MW

Mantaro

Caravelí

(2019)

(2019)

Montalvo Marcona Ocoña

P0 (2012)

P6

520 MW

Cambio a 500 kV Chilca-Planicie-Carabayllo (2014)

500 kV Chimbote

500 kV Carabayllo

Refinería Nueva 2013

Huachipa 2013

P2

La Planicie

500 kV 1000 MW Chilca CTM

Jicamarca (2013)

220 kV Zapallal

P8

Refinería (2013)

Chillón

(2015)

(2013) Barsi Colonial

Chavarría

Ventanilla 400 MW

P3 TER 400 MW HID 240 MW Santa Rosa

220 kV Chilca REP

(2012)

P1

Industriales

(2015)

P9 Surquillo

San Juan ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

TER 800 MW HID 210 MW

Resultados de largo plazo 2012-2019 Proyectos recomendados P7 (2015) Guadalupe

Chiclayo

Talara

Piura

P4 Cajamarca

Oroya

Pachachaca

Pomacocha

Carhuamayo

Trujillo

(2014) Paragsha

Huallanca

(2018)

Paramonga

Chilca Rep

Chimbote

(2019)

Zapallal 220

(2012) Reactor Serie

Conococha

Marcona Ica

Carabayllo 500

Chilca


Contenido 1. Introducción 2. Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo 3. Importancia del Análisis Fallas  

¿Por qué hacer el Análisis de Perturbaciones? Consideraciones  Carga y frecuencia otencia reactiva  Tensión  Estabilidad en sistemas de potencia  Estabilidad angular  Estabilidad de tensión  Estabilidad de frecuencia  Sistemas de Protección

4. Anomalías que afectan la operación 5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones 6. Metodología y criterios para el Análisis de Perturbaciones 7. Análisis de perturbaciones - Casos Aplicativos en sistema de transmisión ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

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Importancia del Análisis de Fallas Por qué hacer el Análisis de Perturbaciones?

 /RVPD\RUHVDSDJRQHVHQHOSDtVVH RULJLQDURQSRUIDOODVHQORVVLVWHPDVGH WUDQVPLVLyQFDXVDGDVSRUIHQyPHQRV QDWXUDOHVPHGLRVDPELHQWDOHVIDOODVGH HTXLSRVDFFLRQHVGHWHUFHURV\HUURUHV KXPDQRV  (VWDPLVPDWHQGHQFLDVHREVHUYDDQLYHO PXQGLDODSDJRQHVHQ((88,WDOLD    6LELHQORVDSDJRQHVGHJUDQPDJQLWXGVH RULJLQDQHQIDOODVHQODWUDQVPLVLyQODFDXVD UDt]GHpVWRVVHXELFDQHQLQVXILFLHQFLDVGHO VLVWHPDSDUDVRSRUWDUODGHVFRQH[LyQGHXQD LQVWDODFLyQGHWUDQVPLVLyQ (QVXPD\RUtDORV DSDJRQHVVHSURGXFHQSRULQHVWDELOLGDGHV DQJXODUHVRFRODSVRVGHWHQVLyQGHOVLVWHPD  /DVGHVFRQH[LRQHVGHJHQHUDFLyQRULJLQDQ UHFKD]RVDLVODGRVGHFDUJDRUDFLRQDPLHQWR

$SDJyQGH1HZ
SISTEMA ELÉCTRICO

CORTO-CIRCUITO

Generación Subestaciones Líneas de transmisión

6% 5% 89%

Fuente: Curto-Circuito Geraldo Kinderman ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Importancia del Análisis de Fallas Tipos de Fallas

TIPO

DESCRIPCIÓN

I IA

Fenómenos Naturales Descargas Atmosféricas

III IV V VI

Equipos, Materiales Error Humano Terceros Otras Causas

TIPOS DE CORTO-CICUITOS

% DE OCURRENCIAS

3Ø 2Ø 2Ø – Tierra 1Ø – Tierra

06 % 15 % 16 % 63 %

Fuente: Curto-Circuito, Geraldo Kinderman

SISTEMA DE PROTECCIÓN

Fuente: CIER

Equipos Interruptor TC y TP Relé Batería Circuito

Tasa de falla 47.16 % 0.47 % 4.74 % 47.16 % 0.47 %

Fuente: Protección de SEP, Geraldo Kinderman


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones - Carga y Frecuencia Toda carga que realiza trabajo o produce calor consume potencia activa. En cada instante, la energía consumida está siendo generada en algún lugar del sistema. El sistema de potencia no almacena energía.

 

Potencia Generada = Potencia Consumida + Pérdidas (G, T, D)

La actuación de los reguladores de velocidad de las máquinas y/o esquemas especiales de rechazo de carga o generación restablecen la f n.



* *

Potencia Activa *Q

Transmisión

f n

Distribución

Generación

Toda variación de carga (MW) en el sistema, está estrechamente ligada con la frecuencia del sistema 35 ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones - Tensión y Potencia Reactiva 

Los equipos de compensación reactiva se instalan para aportar o absorber potencia reactiva de acuerdo con las necesidades del sistema.

Potencia

Toda variación de potencia reactiva (Mvar) en el sistema, generada o consumida, está estrechamente ligada con la tensión del sistema


Vn

Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Estabilidad en los Sistemas de Potencia Estabilidad de Sistemas de Potencia –Capacidad de mantenerse en equilibrio operativo después de una perturbación –Depende de la naturaleza del evento y de las condiciones iniciales. Estabilidad Angular

Estabilidad de Frecuencia

Estabilidad de Tensión

– Capacidad de mantener el sincronismo. – Capacidad de mantener la – balance de torques electromagnético y frecuencia en un rango nominal. mecánico de la máquina síncrona – Balance carga/ generación

Estabilidad de Pequeña Señal

Estabilidad Transitoria

Corta Duración

– Capacidad de mantener las tensiones – a ance po enc a reac va – Equilibrio del control de tensión

Estabilidad de Tensión ante Gran Disturbio

Corta Duración

Larga Duración

Corta Duración

Consideraciones de Clasificación

Naturaleza Física/ Parámetro Principal del Sistema

Estabilidad de Tensión ante Pequeño Disturbio

Tamaño del Disturbio

Larga Duración

Duración


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Estabilidad en los Sistemas de Potencia 



La estabilidad es la capacidad de un sistema de potencia de; dada cierta condición inicial de operación, lograr un estado normal de equilibrio luego de la ocurrencia de una perturbación. La estabilidad del sistema depende de: a. La naturaleza del disturbio b. La Magnitud del disturbio c. Las condiciones iniciales de operación.

V1∠į1

~ P=

V1

Ψ

V2

P

X12

Q V1V2 X12

V2∠į2

2 LT en servicio

~ 1 LT en servicio

2

senȌ

Q=

V1 - V1 V2 cosȌ X 12

Línea 1

G

Línea 2

G

Carga


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Estabilidad en los Sistemas de Potencia 

Estabilidad de tensión: relacionada con la capacidad de un SEP de mantener estable la tensión en todas sus barras en estado estacionario y luego de una perturbación. El colapso de tensión es el resultado posible de una condición de inestabilidad de tensión. El sistema puede perder estabilidad en caso de una contingencia.

Sistema con Contingencia

Cambio Lento Cambio Rápido 100%

Estable

V

Punto de Inestabilidad de Tensión

Inestable Colapso de Tensión

Sistema sin Contingencia

100%

Estable

V

Inestable

Potencia Transferida (MW)


Potencia Transferida (MW)

Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección IN

TC

TT

GPS SSAA

PA         

Relé de protección (R) Interruptor de potencia (IN) Transformadores de TT y TC Equipo de teleprotección (ET) Sistema de Control (SC) Panel de alarma (PA) GPS Servicios auxiliares (SSAA) Conexiones entre ellas (C)

R SC


ET

Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección 



Seguridad:

Capacidad del relé de evitar operaciones indeseadas (no operar cuando no se requiere su operación) Confiabilidad: Capacidad del relé operar correctamente (operar cuando se requiere su operación)

Causas de las operaciones Incorrectas


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección LT

Relé Distancia • Onda Portadora • Fibra óptica • Enlace satelital

tz1=0 ms z2=400ms tz3=800ms

tz4=1500ms Protección de línea:  Distancia 21,  Sobrecorriente direccional – 67/67N  Diferencial de línea – 87L PL1 y PL2 redundante  Func. principales: 21, 67N, 87L, 79, 25, 68  Func. adicionales: SOFT, Falla fusible,WEI Oscilografía, Localizador de falla. ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección LT Diferencial

Direccional






Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Transformadores

PT1 y PT2 redundantes Protecciones Eléctricas: Func. principales: 87, 67/67N, 51/51N Diferencial 87 Func. adicionales: 27, 59, 25, Oscilografías Sobrecorriente 51/51N Sobrecorriente direccional (67/67N) ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Transformadores Diferencial


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Transformadores Sobrecorriente


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Transformadores


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Barras

Diferencial

Protección Diferencial de barras:  Distribuida y Concentrada  Baja Impedancia y alta impedancia

PB1 distribuida de baja impedancia  Func. principales: 87B y 50BF  Func. adicionales: Oscilografías


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Barras Diferencial

I1

I2

In

In I1

I2

Satura 1.3 x Imax_bahía  Id  0.8 x Icc_mínima


Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Bancos de Cond.

PB1

PB2

Protección Banco PB1:  o recorr en e  Sobre y mínima tensión  Falla interruptor Protección Banco PB2:  Desbalance de corriente neutro  Protección de Sobrevoltaje de Picos Repetitivos  Protección de Sobrecorriente Térmica  Protección de Desbalance de Línea a Frecuencia Fundamental  Protección de Falla a Tierra a Frecuencia Fundamental  Protección Sobrecorriente y Sobrevoltaje a Frecuencia Fundamental  Protección de Sobrecorriente RMS  Protección de Baja Corriente a Frecuencia Fundamental ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Radiales

Protección de Sobrecorriente:  Sobrecorriente de fases y tierra (50/51,50N/51N).  Recierre automático.  Oscilografías ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Importancia del Análisis de Fallas Consideraciones – Sistemas de Protección Radiales (delta)

Protección de Sobrecorriente:  Sobrecorriente de fases (50/51)  Sobrec. direccional a tierra sensible 67Ne.  Tensión homopolar 59N  Recierre automático  Oscilografías

Protección de Radial  Sobrecorriente de fases y tierra (50/51).  Tensión homopolar 59N  Recierre automático.  Oscilografías


Contenido 1. Introducción 2. Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo 3. Importancia del Análisis Fallas

4. Anomalías que afectan la operación 5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones . 7. Análisis de perturbaciones - Casos Aplicativos en sistema de transmisión


Anomalías que Afectan la Operación Sobretensión Temporal   

 



Fenómeno de aumento de tensión a frecuencia industrial (60Hz) por encima de Vn. Caso típico: extremos de LT conectadas en vacío (efecto Ferranti). Saturación del núcleo magnético y consecuente incremento de la corriente de magnetización provocando interferencias en el SEP. Calentamientos localizados. Solicitación elevada de aislamiento, provocando envejecimiento prematuro y disminución de vida útil. Las protecciones de sobretensión deben estar ajustadas para prevenir estos daños.


Anomalías que Afectan la Operación Sobretensiones Transitorias de Maniobra



Todo proceso de cierre o apertura de interruptores involucra una transferencia de energía que generan sobretensiones en el sistema, las cuales en mayor o menor grado, afectan el circuito maniobrado y alrededores.


Anomalías que Afectan la Operación Sobretensiones Transitorias de Maniobra: Circuito LC y LR



Ante la apertura del interruptor para un circuito LC, ocurre un transitorio de tensión a alta frecuencia la cual depende de los parámetros L y C del circuito.



Para el caso de un circuito RL, adicionalmente a las sobretensiones de maniobra, podemos presenciar la aparición de una componente DC en las corrientes de energización.


Anomalías que Afectan la Operación Sobretensiones Transitorias de Maniobra





El sistema de potencia está conformado por circuitos RLC en donde se aprecian los fenómenos descritos anteriormente. Las maniobras en circuitos capacitivos e inductivos que merecen mayor atención en alta tensión son los que involucran banco de capacitores y neas e ransm s n.





Las frecuencias transitorias de energización se encuentran comúnmente entre 200 a 1000 Hz. Estas sobretensiones deben estar por debajo del nivel de protección de los pararrayos. En caso el interruptor no sea capaz de interrumpir la corriente debido a un alto entre sus term na es pue e ocurr r un reencendido de arco.


Anomalías que Afectan la Operación Sobretensiones de Impulso Atmosférico



Una descarga atmosférica sobre una LT o sus alrededores ocasiona un movimiento de carga que puede llegar a la subestación.





El flujo de estas cargas a tierra por los aterramientos de las torres pueden provocar sobretensiones transitorias. Duración: microsegundos - algunos pocos milisegundos.


Anomalías que Afectan la Operación Sobretensiones de Impulso Atmosférico 

De llegar a un transformador o reactor a través de sus terminales, pueden provocar perforación de su aislamiento dando inicio a un proceso de cortocircuito





La protección principal para este tipo de sobretensiones son los pararrayos instalados en las líneas de transmisión y transformadores de potencia.

Transitorios en circuitos primarios (A.T.) también afectan circuitos secundarios, a través de puntos en común como aterramientos, TT’s, TC’s, inducción electrostática y electromagnética.


Anomalías que Afectan la Operación Cortocircuito - Aspectos Generales



Se puede definir como una conexión anormal entre partes energizadas de una instalación. La corriente asociada a este fenómeno puede variar desde valores muy bajos a valores muy significativos, dependiendo de la configuración de la instalación y de su tipo.



Tipos: 

Monofásicos (fase – tierra)



Bifásicos.



Bifásicos a tierra.



Trifásicos.



Trifásicos a tierra (desbalanceado)



Las LLTT aéreas son los elementos donde la ocurrencia de cortocircuitos es más frecuente, ya que se encuentran más expuestas al medio ambiente y sus inclemencias.



Lluvias, descargas atmosféricas, fuego, pájaros, cuerpos extraños, etc., representan un alto riesgo de cortocircuito.



En subestaciones ocurren cortocircuitos entre barras, conexiones, equipos de maniobra, auxiliares o medición, transformadores, reactores, bancos de capacitores y otros equipos de compensación reactiva.


Anomalías que Afectan la Operación Cortocircuito Descargas Atmosféricas 

Evento que provoca con más frecuencia la ocurrencia de cortocircuitos en líneas de transmisión.



Ya sean directas o indirectas, provocan diferencias de potencial a través de los aisladores de la línea, generando un arco eléctrico entre partes energizadas y tierra.



La ionización del aire a través del camino entre el conductor y la superficie del aislador producto de la descarga, provoca un cortocircuito a 60Hz.



A menores niveles de tensión existe más probabilidad de ocurrencia de arco eléctrico por descarga atmosférica (menor nivel de aislamiento). ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Anomalías que Afectan la Operación Cortocircuito por Fuego Cercano a Servidumbre de LLTT



Fuego en la faja de servidumbre o cercanías de líneas de transmisión, produce ionización del aire entre conductores y a tierra, provocando cortocircuitos.


Anomalías que Afectan la Operación Cortocircuito por Objetos Extraños



Materiales movidos por el viento, avionetas, árboles, etc., son también causa común de cortocircuitos.


Anomalías que Afectan la Operación Cortocircuito por Fallas en Cables Subterráneos 

El de detterior oro o de su ai ais slam amie ien nto, o pe perrfor ora ación de deb bido a agen enttes ex extter ern nos (ex exc cavado dorras u otra ot ras s má máqu quin inas as)) so son n ca caus usa a de co cort rtoc ocir ircu cuit itos os de dell tip ipo o fas ase e ti tier erra ra (c (cab able les s ai aisl slad ados os). ).



Las fa Las fall lla as hi hidr dráu áullic icas as en ca cabl bles es se or orig igin inan an pr prin inc cip ipal alme ment nte e po porr prob proble lema mas s re rela lac cio iona nado dos s con la presión del aceite aislante en los cables, tanto por fallas de fabricación, montaje, oper op erac ació ión, n, ef efec ecto tos s ex exte tern rnos os,, et etc. c.



Cor orto toci circ rcui uito tos s en entr tre e fa fase ses s so son n de me meno norr pr prob obab abil ilid idad ad,, pu pued eden en oc ocur urri rirr en la las s co cone nex xio ione nes s con co n ot otro ros s eq equi uipo pos. s.


Anomalías que Afectan la Operación Cortocircuitos de Alta Impedancia 

Cortocircui uittos de alta res esiistencia ocurr rre en ge gen ner eral alm ment nte e entr tre e fases a tierra a tr tra avés de un cuerpo extraño, son de muy baja cor orrrient nte. e. Por ejempl plo o árbo bolles crecid ido os



Muy frec ecu uentes en redes de distri rib buc uciión aérea con prob obllem ema as de ins nsttal ala ación ón.. Tambi bién én suce su ceden den en tr tran ansm smis isión ión..



Pueden Pued en in inic icia iarr co con n co corr rrie ient nte e re rela lati tiva vame ment nte e gr gran ande de y ex expe peri rime ment ntar ar re redu ducc cció ión n in inme medi diat ata a y sos soste tenid nida. a.


Anomalías que Afectan la Operación Cortocircuitos Internos en Transformadores y Reactores 

Producidos por problemas de aislamiento interno. Se caracterizan por corrientes no muy altas con alto grado de ruido (señales de alta frecuencia).



Fallas en bujes y equipos de patio son muy peligrosos si no son detectados a tiempo ya que evolucionan rápidamente a corrientes muy altas. Daños en la porcelana y/o derrame de aceite aislante reducen la capacidad de aislamiento provocando cort co rtoc ocir ircu cuit itos os se sever veros os e inc inclu luso so ex expl plosi osione ones. s.



Los cambiadores de tomas poseen partes móviles que operan bajo carga. El desgaste natu na tura rall de lo los s mi mism smos os re repr pres esen enta ta un ri ries esgo go de co cort rtoc ocir ircu cuit ito. o.



Las conexiones, acometidas em almes re resentan un unto débil de los circuitos de potencia, existiendo la posibilidad de problemas mecánicos o de instalación que desen de senca caden denen en pun punto tos s ca calilient entes es..


Anomalías que Afectan la Operación Fase Abierta 

Una línea de transmisión puede permanecer en funcionamiento con apenas una o dos fases en servicio, lo cual ocurre generalmente por falla en los interruptores o seccionadores en los ter erm minal ale es de la misma.



Si bien el efecto en la línea no afecta su operación, esta condición sí puede pote po tenc ncia ia co cone nect ctad ado o a la mi mism sma. a.



El desequilibrio entre las fases se manifiesta principalmente a través de la aparición de corrientes de secuencia negativa (I 2 ); 2 ) ; las cuales son perjudiciales en generadores por provocar torques en sentido opuesto al normal produciendo calentamiento en el rotor .



En transformadores y reactores trifásicos, dependiendo de la configuración del núcleo especialmente para los núcleos de tres piernas), las I 2 2 provocan flujo magnético a través de cam amiinos no ade dec cuad ado os provocando calentamiento. calentamiento.



Prot Pr otec ecci cion ones es qu que e de dete tect cten en es este te tip ipo o de co corr rrie ient ntes es so son n re reco come mend ndab able les. s. ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Anomalías que Afectan la Operación Sobrecarga 

Toda instalación y equipo de potencia está diseñado para soportar determinado grado de sobrecarga. Es muy importante tener claro el grado de sobrecarga que los equipos son capaces de soportar.



La operación fuera de estos límites o por largos periodos de tiempo genera calentamiento en los equipos.



En transformadores de potencia, el incremento de temperatura se manifiesta en sus arrollamientos, aceite aislante y carcasa.



Cuando se producen sobrecargas de líneas de transmisión, se debe tener cuidado en las conexiones em almes; , cuando se trata de líneas de transmisión aéreas en la dilatación del conductor que disminuye las distancias de seguridad.

50 40 30 20 10 0 ©Todos los derechos reservados por Red de Energía del Perú S.A.

Anomalías que Afectan la Operación Oscilación de Potencia 

Producidas luego de un disturbio en el sistema hasta alcanzar un nuevo punto de equilibrio, de ser posible.



Son siempre un riesgo de desconexión de LLTT ya que pueden provocar actuación de las protecciones


Anomalías que Afectan la Operación Sobrefrecuencia, Subfrecuencia y Rechazo de Carga



Disturbios pueden provocar grandes pérdidas de carga y consecuente Si el disturbio implica pérdida subfrecuencia de generación, entonces acontecerá un fenómeno de sobrefrecuencia en el sistema.



Esquemas especiales de rechazo de carga y generación (formación de islas) se encargan de mantener el sistema en operación ante estas condiciones.


Anomalías que Afectan la Operación Subtensión y Colapso de Tensión



Se presenta para determinadas condiciones del sistema y despacho de generación.



Fenómeno local.



Puede provocar colapso del área de influencia



Factores de influencia: insuficiente compensación reactiva, ajuste inadecuado de reguladores de tensión, líneas largas con alta transferencia, sistemas radiales, etc.

V Caso Base sin Contingencia

ESTABLE INESTABLE Contingencia 1 Contingencia 2 Potencia Transferida (MW)


Anomalías que Afectan la Operación Saturación en Transformadores de Potencia y Reactores



Corrientes de magnetización en transformadores de potencia y reactores son del orden de hasta 2% de Inom.



Durante la energización aparecen altas corrientes de magnetización debido a la característica no lineal del núcleo



Los factores de influencia son: 

El punto de la onda de tensión en el cual se hace la energización.



La magnitud y polaridad del flujo residual existente en el núcleo producto de .



Dimensión del transformador.



Nivel de saturación y propiedades magnéticas del núcleo.



Impedancia del sistema.



Elementos de control utilizados para la energización (resistencias de pre-inserción o interruptores de mando sincronizado).


Anomalías que Afectan la Operación Saturación en Transformadores de Corriente de Protección



Los TC’s de protección son susceptibles de saturarse en condiciones de falla, provocando actuación inadecuada de las protecciones.



Los factores de influencia son: 

Presencia de corriente DC en circuito primario. Situación a tomar en cuenta en instalaciones cercanas a generación.



Flujo remanente en el núcleo luego de eventos que involucraron corrientes elevadas a través del equipo. , protección y demás equipos conectados al circuito secundario)



Baja relación de transformación respecto a la máxima corriente de cortocircuito de la instalación.


Anomalías que Afectan la Operación Resonancia en Circuitos de Potencia



Fenómeno encontrado en un sistema de potencia a cualquier nivel de tensión.



Existen posibilidades en circuitos RLC en el SEP que pueden desencadenar resonancia.



Provoca daños por aumento de tensión o de corriente



Común en circuitos con:

a. transf. de potencia (L variable) y bancos de capacitores (C) en paralelo. b. LT con compensación serie y reactores . c. Resonancia entre LT y circuito secundario de TP capacitivo, etc..


Contenido 1.

Introducción

2.

Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo

3.

Importancia del Análisis Fallas

4. Anomalías que afectan la operación

5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones

6.



Recursos Humanos



Sistemas de Información



Recursos Tecnológicos

Metodología y criterios para el Análisis de Perturbaciones

7. Análisis de perturbaciones - Casos Aplicativos en sistema de transmisión


Contenido 1.

Introducción

2.

Comportamiento del Sistema Eléctrico Peruano en el Corto Plazo

3.

Importancia del Análisis Fallas

4. Anomalías que afectan la operación

5. Recursos para el Análisis de Perturbaciones

6.



Recursos Humanos



Recursos Tecnológicos



Sistemas de Información

Metodología y criterios para el Análisis de Perturbaciones

7. Análisis de perturbaciones - Casos Aplicativos en sistema de transmisión


CIP Analisis de Falla Sistema de Transmision 26 Enero 2011

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