Verificación de relés (Relay Checking)

Evaluación de la coordinación de un sistema completo

Un grupo de ingeniería de protección rara vez tiene tiempo de revisar de manera completa la instalación de relés realizada anteriormente. La red crece con los años y con ella la sospecha de que existen faltas de coordinación que ponen en riesgo el sistema de seguridad. Pero, ¿cómo se pueden encontrar? ¿Qué pasa si hay una falta de coordinación entre las sobrecargas primarias y la protección de distancia de reserva? ¿Qué pasa si el incremento de acoplamiento mutuo causa ahora sobrecargas en los relés a tantos buses de distancia, que no se pueda observar un fallo contra el cual nunca se ha intentado protección? ¿Cómo poder identificar todas las combinaciones de fallos y pares de relés para estudiarlos, aún si se tuviera tiempo para ello?

Para eso es que está la Verificación de relés CAPE. Es cosa fácil mostrar las características de operación de varios relés en la pantalla de la computadora (ordenador), pero otra muy diferente es modelar un sistema de protección real con miles de relés, complejas disposiciones de transformadores de instrumentos, la lógica real de contactos y los tiempos de operación variables de los interruptores automáticos. No se sabría ni dónde mirar para encontrar faltas de coordinación dentro de esa madeja. La solución es un análisis escalonado de eventos que modele y simule toda las acciones de conmutación de forma rápida y exactamente. Este método no depende de parejas de relés especificados por el usuario o de cualquier otra manera, sino que buscaría las faltas de coordinación entre todos los relés.

Este tipo de análisis no se hubiera podido hacer previamente porque requiere:

  • una base de datos exhaustiva,
  • modelos detallados de los dispositivos,
  • un mecanismo versátil para el cómputo de cortocircuitos,
  • escenarios automáticos de fallos controlados por el usuario
  • interfaz avanzada CAPE para fácil configuración.
Se define la zona de verificación -un juego de buses, líneas y transformadores. En la revisión de la coordinación, Verificación de relés aplica los escenarios de fallos solamente dentro de la zona de verificación.

Zona de verificación definida por el usuario

Como el método empleado por Verificación de relés (RC) nunca antes había sido automatizado, hay que entender algunos nuevos conceptos. El primero es el término "zona de verificación" (checking area) que significa aquella porción (o toda) de la red que se desea revisar. En última instancia constituye un conjunto de lugares físicos donde pueden haber fallos. La zona de verificación puede consistir en un conjunto de buses, un conjunto de líneas y transformadores, y un conjunto de elementos de relés de distancia y de sobrecarga instantánea cuyos límites de disparo determinan la localización de un fallo. Verificación de relés permite definir la zona de verificación en segundos, utilizando el ratón y quizás algunos pocos golpes de teclas. Por ejemplo, la zona de verificación puede ser una región definida por un bus o línea en el centro, que abarque los alrededores. Alternativamente, puede ser una de las zonas definidas en los datos de cortocircuito. Al ejecutar la revisión de la coordinación, Verificación de relés aplicará los escenarios de fallos solamente en la zona de verificación.
 

Ventana dinámica de simulación

El proceso de revisión de la coordinación conducido por Verificación de relés es probable que incluya la simulación de cientos o miles de fallos a través de la zona de verificación. Para cada localización de fallo, Verificación de relés ensambla de manera provisional un conjunto de elementos de relés cuya respuesta es simulada hasta la eliminación del fallo. Este conjunto es llamado "zona de simulación", y puede ser imaginada como una ventana dinámica que se mueve por encima de la zona de verificación a medida que se efectúa el procedimiento. Verificación de relés sigue las directrices suministradas por el usuario cuando ensambla la zona de simulación. Se puede restringir el estudio de cualquier manera imaginable. En la mayoría de las ocasiones se desea solamente considerar ciertos esquemas de protección o tipos particulares de elementos de relés (por ejemplo, sólo de sobrecarga), pero en realidad hay mucha más flexibilidad. Las opciones para la zona de de simulación se especifican en las ventanas de Preferencias.
 

Escenarios de fallos

Después de definida la zona de verificación y las opciones para la zona de simulación móvil, se necesita decir a Verificación de relés qué tipo de estudio de fallo emplear durante la revisión de la coordinación. Esto se realiza fácilmente con la ayuda de una planilla que guía cada paso. Los estudios de fallos pueden estar orientados a buses o a líneas (ejemplo: deslizantes, cercanos), u orientados a elementos (por ejemplo, fallos cercanos al alcance de una distancia o de un elemento de sobrecarga instantánea). Pueden ser incluidas contingencias de la red, tales como cortes en líneas o generadores, fallos al final de líneas y aterramiento de líneas mutuamente acopladas. Verificación de relés viene con una biblioteca de estudios genéricos. También se pueden escribir los estudios propios mediante el Lenguaje de programación del usuario CAPE y añadirlos a la biblioteca. Si el estudio de fallos seleccionado lo requiere, el programa puede preguntar por los valores de los parámetros a usar durante la ejecución. Un ejemplo pudiera ser el porcentaje de incremento de línea a usar a medida que avanzan los fallos deslizantes (sliding fault) a lo largo de una línea.

Modelos realistas

La sofisticada simulación de eventos escalonados ejecutada por Verificación de relés, de CAPE (descrita más abajo), requiere un juego correspondiente de modelos sofisticados. Se modelan el recorrido parcial de los discos de inducción en los relés electromecánicos de sobrecarga. Los modelos de elementos direccionales proporcionan polarización, tanto de corriente (intensidad) como de voltaje (tensión) a partir de disposiciones realistas de VT y CT. Se modelan derivaciones (taps) separados y requerimientos múltiples-mínimos individuales en los valores de operación y polarización, además de las derivaciones para extraer productos mínimos de esos elementos. Cuando es relevante, se modela el efecto de la impedancia de la fuente o de la compensación de carga en un elemento distante. A un nivel más alto se modela la supervisión externa o interna (control de torque) de un elemento por otro. En adición a esto, se representa apropiadamente la lógica de los contactos del panel que controla a un interruptor magnético. Planillas especiales del Editor de la base de datos hace fácil describir esta lógica para utilizarla repetidamente.

Los estudios confiables de coordinación requieren modelos confiables de relés. Cuando no se entienden las razones del comportamiento de un relé, este informe detallado del elemento puede ser un salvavidas.

Simulación de eventos escalonados

El componente crucial de Verificación de relés, que permite localizar las faltas de coordinación tan efectivamente, es la singular Simulación de eventos escalonados, en la respuesta de cada elemento de relé desde el momento en que es aplicado el fallo hasta que el último disyuntor se abre para eliminarlo. Antes de aplicar cada fallo, RC determina automáticamente cuál Zona local de protección (Local Zones of Protection, LZOP) proporciona protección primaria. Después que se aplica el fallo, RC evalúa cada elemento de relé en la Zona de simulación, determina toda la trayectoria satisfecha, calcula cuándo serán dadas las señales en esa trayectoria, y abre el primer disyuntor (o más, si hay simultaneidad). Se calculan los tiempos de expiración parciales en los discos de inducción, se recalculan las corrientes y voltajes de fallo, se reevalúan los elementos de supervisión, y la simulación prosigue hasta que el próximo disyuntor se abra. La simulación continúa hasta que finalmente el fallo se elimine y no ocurra más ninguna operación de disyuntores. A continuación se describen los informes con los niveles opcionales de detalles que se generan mientras la simulación se ejecuta.

Informes de faltas de coordinación

Los informes detallados sobre coordinación que cubran una porción significativa de la red se volverían exageradamente voluminosos, así que se ofrecen varios tipos de informes. El más corto es generado por un macro que puede supervisar el proceso completo de verificación. Produce un informe de una sola línea por cada fallo estudiado. El cliente de CAPE pionero en este enfoque, recientemente reportó una experiencia exitosa con una verificación de zona extensa en la Conferencia de relés de protección, en el 2007.

Además de este informe de una sola línea, Verificación de relés ofrece seis niveles de informe. El primero es un informe de errores en la entrada de datos reportado por un chequeo exhaustivo de datos de Verificación de relés. La mayoría de los errores en la entrada de datos son detectados aquí (por ejemplo, el intento de suministrar 3 V0 desde un secundario VT conectado wye). El segundo y de más alto nivel informa las faltas de coordinación solamente; las violaciones y faltas de coordinación en el intervalo de tiempo de coordinación (CTI); todas las operaciones de los disyuntores; un tabla resumen de las operaciones de los elementos de relé y un informe detallado de cada uno de los elementos en relés simulados. Se define la falta de coordinación como la operación de cualquier disyuntor que no sea asociada con la protección primaria. Las violaciones CTI ocurren cuando la protección primaria opera primero, pero se predice que la protección de reserva (backup protection) operará antes de tiempo (se controlan ambas: la definición de "CTI requerido" y cómo es calculado el "CTI real"). Todos los informes incluyen detalles tan importantes como la condición de fallo, los relés que causan la operación de un disyuntor, "trayectoria del viaje" y el tiempo de cada operación.

CAPE ofrece un informe sumario de una línea por cada fallo, para apurar la evaluación de un estudio de una zona extensa que puede implicar cientos de condiciones.

Esquema (piloto) de teleprotección

Con la reciente adición a CAPE de un tipo de elemento auxiliar general (al que llamamos elemento AUX), se pueden simular ahora la mayoría de las formas de teleprotección. Mediante el elemeno AUX hemos desarrollado bloques receptores y transmisores que pueden aceptar cualquier combinación de elementos remotos o locales, estado de los contactos, posiciones de los circuitos de los disyuntores y la lógica de los contactos. El elemento AUX puede tener tiempos de establecimiento y de caída asociados con él. Nuestra guía paso a paso (Teleprotection Wizard) facilita modelar los esquemas de teleprotección tales como el sobrerecorrido permisible de disparo (permissive overreach transfer trip, POTT) y el bloqueo comparativo direccional (directional comparison blocking, DCB). Los informes mencionados arriba son complementados con la presentación del estado de la lógica de los contactos y de sus tiempos, a fin de ofrecer una mayor compresión de la respuesta del sistema de protección.

La guía paso a paso (Teleprotection Wizard) facilita facilita modelar los esquemas de teleprotección tales como el sobrerecorrido permisible de disparo (permissive overreach transfer trip, POTT) y el bloqueo comparativo direccional (directional comparison blocking, DCB).

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Historias de la vida real

Solicite una copia del artículo técnico WPRC 2007 que describe la metodología de la Red Eléctrica de España para comprobar automáticamente una zona extensa de coordinación de la protección, que incluye las fronteras entre la transmisión y la generación, y entre la transmisión y la distribución. Más

Technical Paper

Características

Zona de verificación definida por el usuario en las revisiones de coordinación.

Ventana móvil automática de simulación que comprende distancia, sobrecarga, voltaje y protección diferencial, todas a la vez.

Escenarios de fallos construidos interactivamente.

Modelos realistas de elementos de relés, conexiones en transformadores de medida, esquema de protección de la lógica de contactos y operación de los disyuntores.

Simulación completamente automática de eventos escalonados.

Informes multiniveles de faltas de coordinación y violaciones de los tiempos de intervalos de coordinación (CTI) definidos por el usuario.

Habilidad para simular esquemas de teleprotección (piloto).