COMISIÓN DE INTEGRACIÓN ENERGÉTICA REGIONAL IV CIERTEC SEMINARIO INTERNACIONAL SOBRE AUTOMATIZACIÓN DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y CENTROS DE CONTROL Área de Distribución y Comercialización Comercialización Identificación del Trabajo: AR-08 São Paulo. Brasil, Setiembre de 2002 LOCALIZACIÓN DE FALLAS – MÉTODO MÉTODO ONDA VIAJERA Tema: 03 - Nuevas Tecnologías Autor : HECTOR PEDRO ANTONINI Empresa : TRANSENER S.A.
PALABRAS-CLAVE FALLAS, ONDA VIAJERA, LOCALIZACIÓN, TWS
DATOS DEL AUTOR RESPONSABLE Nombre: Héctor Pedro Pedro Antonini Cargo: Jefe de Sistemas de Control Dirección:Ruta 34 “S” Km 3,5 Perez (S. Fe) Argentina
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RESUMEN Se describe la utilización de un sistema de localización de fallas por onda viajera, instalado en la red sur de transporte en 500 kV de Transener S.A., y las aplicaciones que se desarrollaron para la determinación de la distancia de falla desde el Centro de Control. Básicamente, el método se basa en el cálculo de la distancia a la falla relacionando la medición de tiempo en por lo menos dos puntos del sistema, por ejemplo, en las dos EETT extremas del tramo de línea que falló, y relacionando el tiempo que tardó el frente de onda en llegar a cada ET. La diferencia de tiempos está en el orden de los microsegundos, y para obtener la precisión del caso, se utilizan circuitos con relojes de baja deriva, sincronizados por receptores GPS cada milisegundo. Cada vez que se detecta una perturbación que exceda el umbral, el
módulo correspondiente informa al concentrador, almacenando los datos en medio magnético. Por cada perturbación se crea un “registro”, que contiene la
información para poder procesar en un computador centralizado junto con los datos obtenidos de las otras EETT. La recolección de estos datos puede hacerse: 1.- Consultado a cada concentrador mediante la red de telefonía pública o interna, y es en esta alternativa donde el fabricante provee los medios informáticos para su ejecución. 2.- Utilizando el sistema SCADA que utiliza un vinculo de conexión dedicada y de buena fiabilidad como medio para la adquisición y recopilación de registros. La ventaja de este método de detección reside en que los operadores del Centro de Control detectan en minutos el punto de falla, pudiendo dar aviso a los equipos de mantenimiento con precisión sobre el lugar de la falla.
Método de Onda Viajera La teoría de determinación de la ubicación de fallas mediante el uso de onda viajera se originó en 1931.
por cada llegada de línea a la E.T.), se instalan cercanos a las borneras de entrada de las corrientes de las Líneas ubicadas en los paneles de Protecciones de las mismas, abrazando los cables de cada fase.
Es sabido que una falla genera un pulso de “onda viajera” de alta frecuencia en
la linea en falla. La detección de este pulso y su reflección, con una precisión apropiada en el tiempo de detección, permite la determinación de la distancia a la falla desde el /los punto/s de detección. Frente a la limitaciones de los Localizadores de falla basados en los métodos de medición de reactancia, los localizadores de fallas basados en los métodos de detección y análisis de Onda Viajera ofrecen una exactitud del orden de 100 a 200 metros, independientemente de la longitud y construcción de la línea de transporte de energía, presentando una notoria adaptabilidad a variadas condiciones de falla, particularmente en lo que hace al valor de la Resistencia de Falla (Rf), del que depende el Factor de Reflexión de la Onda Viajera (Figura 1).
Figura 1 Dado que la ondas viajeras se reproducen con gran fidelidad en los circuitos secundarios de protecciones de los Transformadores de Corriente. Los Transductores (llamados comunmente captores de onda) conectados a las tarjetas de vigilancia de los localizadores de falla ( una tarjeta
Acorde al modo de operación, los Localizadores de Falla basados en Onda Viajera (TWS) se clasifican en diferentes Tipos: A, B, C, D y E. Los dispositivos de Tipo A y D trabajan a partir de uno o más transitorios de onda viajera producidos por la perturbación, mediante los cuales determinan la ubicación de la falla. Los Localizadores de Falla de Tipo A trabajan con la captura de onda en el extremo donde están instalados (simple extremo) y no dependen de la medición efectuada por otro dispositivo ubicado en el extremo opuesto de alguna de las líneas que acometen a esa barra. Los Localizadores de Falla de Tipo D trabajan con las detecciones del primer arribo de onda en los extremos donde están instalados (doble extremo) y su operación no depende de las múltiples reflexiones entre la falla y barras de la estación. Los dispositivos de los extremos están sincronizados y se registra el arribo de onda mediante el uso de reloj satelital (señales de GPS). Los Localizadores de Falla más recientes, de Tipo E, trabajan con la captura de onda en el extremo donde están instalados (simple extremo) a partir de los transitorios generados cuando es re-energizada la línea mediante el cierre de interruptor. En este caso la onda viajera generada por el transitorio en el instante de cierre de la línea se refleja en el punto de rotura de conductor o, de no existir falla, en el extremo abierto remoto de la línea, hechos que manifiestan una discontinuidad en el circuito.
Unidades TWS y Tarjetas de Vigilancia que integran el Sistema de Localización de Fallas de la Red Sur de Transener S.A. La Figura 2 muestra la ubicación geográfica de las Instalaciones con este
tipo de equipamiento, se destacan las distancias entre estaciones, por lo que resulta imprescindible un método de detección de precisión, la Figura 3 muestra un esquema eléctrico simplificado:
Red Sur
Figura 2
Figura 3
Las Figuras 4 y 5 muestran los esquemas de vinculación y comunicación de los
equipos en la Estación.
Figura 4
Figura 5
El método de detección tipo D, (doble extremo) es que se utiliza para determinación de la distancia de fallas desde el Centro de Control.
La condición crucial en el modo tipo D es la provisión de una precisa sincronización temporal y la comunicación entre extremos.
La figura 6 muestra el modo de determinación.
El TWS incorpora un receptor GPS del cual se obtiene la sincronización temporal por combinación del mensaje serie “tiempo de día” y la señal de 1 pulso por
segundo. La comunicación entre extremos, que no tiene que ser “on line”, puede ser
por medio de cualquier canal conveniente incluyendo red pública telefónica conmutada, microondas, fibra óptica y/o red SCADA. El cálculo de la distancia de falla desde los puntos de detección del pulso de onda se realiza de acuerdo a las siguientes expresiones. LA = L/2 + (T1A – T1B)* V/2 y
Figura 6 Solo se detecta la llegada del primer frente de onda y considerado en cada extremo. El comportamiento del arco en el período que sigue a la ruptura ya no es importante, ni las discontinuidades o múltiples pasos complican la medición en este modo de operación del Localizador de Fallas. Las características de reflexión de las ondas en los terminales de la línea no son importantes, pero durante la detección el interruptor de la línea debe estar cerrado para que se manifieste el transitorio de corriente y sea captado.
LB = L/2 + (T1B – T1A)* V/2 Los Localizadores de falla no necesariamente deben colocarse en la línea en falla, como la onda viajera se desplaza a través del sistema por las estaciones intermedias, al detectarse el pulso entre dos puntos que se encuentren a cada lado de la falla, se puede calcular la distancia desde cada uno de los extremos de la línea equivalente.
Cada vez que se detecta una perturbación que exceda el umbral, el módulo correspondiente informa al concentrador, almacenando los datos en medio magnético. Por cada perturbación se crea
Básicamente, el diseño es el siguiente: En cada ET, el concentrador TWS transfiere datos a la Unidad Remota [RTU].
un “registro”, que contiene la información
para poder procesar en un computador centralizado junto con los datos obtenidos de las otras EETT. La recolección de estos datos puede hacerse: 1.- Consultado a mediante la red de interna, y es en esta fabricante provee los para su ejecución.
cada concentrador telefonía pública o alternativa donde el medios informáticos
2.Utilizando el sistema SCADA que utiliza un vinculo de conexión dedicada y de buena fiabilidad como medio para la adquisición y recopilación de registros.
Esta comunicación se realiza bajo protocolo DNP3.0 y el registro del evento es leído como objetos “entradas analógicas de 16 bits”.
Cada RTU reporta 5 mediciones por línea al Centro de Control, éste conjunto de mediciones conforman el “registro” del
evento y se incorporan a la aplicación de almacenamiento de datos históricos, para este sistema se seleccionó la información mínima necesaria para determinar la distancia de falla, codificando esta información en grupos de bits dentro de las cinco magnitudes analógicas por líneas como se indica en Figura 7
Esta opción, donde se centraliza la información en el Centro de Control, es muy ventajosa desde en punto de vista operativo. Localizador de fallas Formato para la transferencia de datos entre la RTU y el TWS 16 bits F E D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 r0 days hours Seq r1 minutes seconds GPS hi r2 GPS lo r3 S X X rise time A data r4 B data C data
Figura 7 Mediante aplicaciones especialmente desarrolladas, para determinación de distancias de fallas, se decodifica esta información y se generan automáticamente los archivos de configuración que son utilizados por la aplicación de cálculo.
El operador del Centro de Control, con acciones mínimas accede a esta información para calcular la distancia a la falla y demás parámetros de la línea averiada. Como puede calcularse la distancia de falla utilizando la información de equipos en
estaciones que no sean necesariamente las adyacentes a la falla, la aplicación permite al operador seleccionar la búsqueda de detección en las EETT del sistema que crea conveniente, generalmente esto ocurre en caso de falla de algún equipo o pérdida de comunicación con alguna remota. La ventaja de este método de detección reside en que los operadores del Centro de Control , a partir de un esquema unifilar general simplificado, están en condiciones de detectar en minutos el punto de falla, pudiendo dar aviso a los equipos de mantenimiento con precisión sobre el lugar de la falla. De esta forma, se puede detectar las fallas durante las 24 horas del día sin necesidad de convocar a especialistas para el acceso vía modems a los equipos detectores de falla.
detección, siendo solamente necesario conocer la línea afectada y la fecha/hora aproximada de la falla. Ingresando fecha y hora, seleccionando los equipos a buscar y presionando el botón búsqueda, el programa busca en el archivo histórico desde la fecha y hora ingresada, durante los segundos ingresados los cambios que se produjeron en los valores analógicos correspondientes a los equipos seleccionados. En el esquema se muestra con cambio de color sobre los equipos, en aquellos donde encontró detección, en caso que no se encuentre en un extremo de la línea, el operador selecciona otro punto en otra Estación Transformadora y vuelve a ejecutar el programa. El programa genera automáticamente los archivos de configuración que requiere otro programa para determinar la distancia de falla. (Figura 9).
La figura 8 muestra el esquema que usan los operadores para detectar los puntos de
Figura 8
Figura 9 Conclusiones Con el uso de la moderna tecnología de microprocesadores y la inclusión de sincronización GPS, el localizador de falla por onda viajera TWS ofrece soluciones a muchos de los problemas asociados a los localizadores del tipo reactancia. Por el uso de transitorios de corriente, el TWS es de instalación simple y económica, haciéndolo apto para uso en dispositivos portátiles o permanentes.
La inclusión de la información de detección de fallas en los archivos históricos, permite no solamente determinar la distancia de falla inmediatamente con posterioridad a la falla, sino que se posee la historia de las fallas y su ubicación, pudiendo accederse en todo momento a ellas para cálculos estadísticos de fallas ocurridas desde la puesta en servicio de este sistema de localización.
