ES2299465T3 - Metodo y dispositivo para localizacion de fallos en redes de distribucion. - Google Patents
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Abstract
Método para la localización de un fallo que ha ocurrido en una pluralidad de líneas en una red de distribución de energía, donde la localización se determina con ayuda de los valores medidos de la tensión de suministro habitual de dicha pluralidad de líneas y las corrientes de dicha pluralidad de líneas después de la aparición de un fallo; calculando la impedancia de secuencia positiva Z f1k y la impedancia de secuencia cero Z f0k de la red en un estado estacionario antes del fallo para todos los M nodos basándose en el conocimiento de la configuración y topología de la red y obteniendo mediante un sistema de protección superordenado, cuál de dicha pluralidad de líneas se ha hecho defectuosa y qué fallo ha ocurrido, caracterizado por las etapas de: calcular la impedancia equivalente Zek en el nodo k usando un cálculo de bucle de fallo dependiendo del tipo de fallo como (Ver fórmula) donde (Ver fórmula) y: Vph -tensión en la fase defectuosa, Z1f - impedancia de la secuencia positiva del bucle de fallo obtenida a partir de las medidas, Ip, IpN - adecuadamente: corrientes de bucle de fallo y residual obtenidas a partir de las medidas, y comprobar si (Ver fórmula) en el que...
Description
Método y dispositivo para localización de fallos
en redes de distribución.
La presente invención se refiere a un método
para localizar un fallo que ha ocurrido en una de las líneas o
alimentadores en una red de distribución donde la localización se
realiza con ayuda de valores medidos de la tensión de suministro
habitual de las líneas y la corriente de las líneas después de la
aparición de un fallo; calculando la impedancia de secuencia
positiva equivalente Z^{f}_{1k} y la impedancia de
secuencia cero Z^{f}_{0k} de la red en un estado
estacionario antes del fallo para todos los M nodos basado en
el conocimiento de la configuración y topología de la red y
obteniendo, mediante un sistema de protección superordenado,
información sobre qué línea es defectuosa y qué tipo de fallo ha
ocurrido. La invención se refiere también a un dispositivo para
realizar el método.
La localización de fallos en redes de
distribución (DN), por cable o aéreas, normalmente es una parte
integral de los sistemas de protección superordenados relacionados
con fallos en interruptores de circuito, contactores, relés, etc.
Con ayuda de diversos sistemas de protección control y los
denominados sistemas expertos, puede determinarse cuál es la línea
defectuosa. En el documento, se usa el término línea, aunque en este
contexto debe entenderse que es igualmente aplicable a alimentadores
o cables, y combinaciones de los mismos.
El estado de la técnica respecto a la
localización de fallos en una DN comprende dos métodos
fundamentalmente diferentes. Uno de los métodos se basa en la
provisión de un localizador de fallo en cada línea, lo que supone
un gran coste de inversión y el otro medio comprende medir
centralmente la tensión y la suma de corriente para todas las líneas
de la DN en la estación de la DN.
El último método implica una pluralidad de
problemas, que hacen difícil obtener una medida relativamente fiable
de la distancia al fallo:
- en relación con la localización del fallo, a
menudo se hacen suposiciones de que la corriente en una línea
defectuosa es igual a la diferencia entre la corriente medida
después de la primera aparición de un fallo, que introduce un cierto
error en la determinación de la distancia;
- si la línea comprende accionadores a motor
esto puede conducir a que se suministre potencia a la DN, y dicho
suministro de potencia es difícil de compensar;
- la línea puede comprender una o más
subestaciones y bucles cerrados;
- un localizador de fallo se programa para un
número dado de ramificaciones con cargas respectivas a distancias
dadas desde la DN. Dicha conexión y desconexión de partes de la
línea puede ocurrir en diferentes momentos, por lo que es importante
actualizar los datos programados de la configuración y topología de
la red.
En un artículo titulado "Determining Locations
on Faults in Distribution Systems", Developments in Power System
Protection, 25-27 de marzo de 1997, Conference
Publication Nº 434, IEE 1997, se describe un método para determinar
la distancia, en el que se realiza una medida central de la tensión
y la suma de corriente para todas las líneas. La línea donde se ha
localizado el fallo puede tener una pluralidad de ramificaciones,
puntos y nodos distribuidos, donde también algunas ramificaciones
tienen cargas paralelas. El punto de partida es la tensión y
corriente medidas en la estación de la DN antes y después de la
aparición de un fallo, con lo que se determinan los componentes de
secuencia positiva respectivos. Se supone que se conocen los datos
de la línea entre cada nodo y la carga en cada nodo antes de un
fallo.
Un primer valor supuesto de la distancia al
fallo se determina en base a la impedancia de la secuencia positiva
del extremo remoto antes del fallo. Los componentes de secuencia
positiva de corriente y tensión en el nodo de fallo después de la
aparición del fallo se usan después para determinar el primer valor
calculado de la distancia al fallo. Estos dos valores se comparan
entre sí y si la diferencia es mayor que un valor mínimo ajustado
por anticipado, se realiza una nueva suposición de entre qué nodos
se localiza el fallo, basándose en el valor calculado ahora. Esto
proporciona un nuevo modelo de carga y un segundo valor calculado de
la distancia al fallo. Este valor se compara entonces con el primer
valor calculado, y esta comparación puede dar como resultado un
número adicional de interacciones hasta que el valor de la
diferencia entre dos valores calculados consecutivamente esté
dentro de los valores permisibles. El método no permite la
localización de fallos en el caso de un fallo trifásico.
Una manera para realizar la determinación de la
distancia a un fallo cuando se realiza la medida de la línea
defectuosa pertinente queda clara a partir de un artículo titulado
"An Interactive Approach to Fault Location on Overhead
Distribution Lines with Load Taps", Development in Power System
Protection, 25-27 de marzo de 1997, Conference
Publication Nº 434, IEE, 1997, en el que la expresión "líneas de
distribución aéreas" se refiere a una línea aérea destinada a
tensión media. Este artículo presenta una técnica y un algoritmo
para la localización de fallos en líneas aéreas basado en la
determinación de la diferencia de tensión antes y después de la
aparición de un fallo en un punto de fallo supuesto en la línea
basado en las tensiones medidas en la estación de suministro de la
línea, antes y después de la aparición de un fallo. Esta tensión se
usa entonces para comprobar las corrientes en la fase no defectuosa
en el punto de fallo supuesto. Solo cuando el punto de fallo es
correcto, la corriente en las fases no defectuosas supondrá un valor
cercano a cero. Este método no permite la localización de fallos de
un fallo trifásico y la medida de tensión debe realizarse en la
estación de suministro de la línea en cuestión.
El documento WO 99/46609 describe un método y un
dispositivo para la localización de un fallo que ha ocurrido en una
de las líneas en una red de media tensión y donde las líneas pueden
comprender numerosas ramificaciones cargadas con secciones de línea
intermedias. Mediante la medida central de la tensión común y la
suma de corrientes de las líneas antes y después de la aparición de
un fallo, puede determinarse, de acuerdo con la invención, la
impedancia de secuencia positiva de la línea y los valores ficticios
de la impedancia de secuencia positiva de la línea, según se
observa desde cada ramificación. Cuando el valor ficticio de dos
ramificaciones consecutivas cambia de un valor positivo a un valor
negativo, esto se interpreta como si el fallo se localizara en la
sección de línea intermedia. El valor ficticio permite la
posibilidad de determinar la distancia en la sección de línea desde
la ramificación con el último valor positivo al fallo, con lo que la
distancia total al fallo se hace igual a la suma de todas las
secciones de línea hasta la ramificación con el último valor
positivo más la distancia de la sección de línea defectuosa.
Otros problemas con la localización de fallos en
las DN son que al contrario que las líneas de transmisión, las
redes de distribución normalmente no son homogéneas, con
ramificaciones y cargas a lo largo de la línea que hacen difícil la
precisión de la localización de un fallo (FL). En la Figura 1 se
presenta un esquema general de dicha red. La impedancia de bucle de
fallo estimada mediante FL en la subestación y usada como medida
directa de una distancia al fallo se ve perturbada por las cargas
intermedias y ramificaciones que hacen difícil la localización del
fallo con precisión. Hay tres factores fundamentales que contribuyen
a esto:
- un bucle de fallo como se observa desde la
subestación puede contener diferentes secciones de cable con
diferentes parámetros equivalentes que no pueden considerarse un
circuito homogéneo, por lo tanto no pueden usarse los métodos de FL
clásicos;
- en el caso de una línea de una DN, hay a
menudo cargas localizadas entre el punto de fallo y la barra
conductora; como las cargas cambian y son conocidas para el FL es
difícil compensarlas;
- la resistencia en el punto de fallo introduce
una impedancia de fallo equivalente cuyo valor y carácter depende de
los parámetros de red equivalente más allá del fallo, y esto también
es difícil de compensar.
Mediante métodos y dispositivos de acuerdo con
la invención, como se define en las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4
respectivamente, puede realizarse la determinación de la distancia
al fallo en una línea defectuosa de una Red de Distribución (DN);
dicho método tiene en cuenta las influencias de las no
homogeneidades, ramificaciones y cargas de la DN. Adicionalmente,
el método de acuerdo con la invención no depende de dónde se
realicen las medidas en la red, es decir, no depende de si las
corrientes y tensiones de cada línea o ramificación se miden por
separado o si la tensión y la suma de corrientes para todas las
líneas se miden centralmente.
El principio de determinación de distancia de
acuerdo con la invención es particularmente útil para redes de cable
aunque puede usarse también ventajosamente para redes de líneas
aéreas.
El método propuesto para esta invención supera
las dificultades analizadas anteriormente suministrando un método
para la localización de fallos en redes de distribución
caracterizado por las características de la reivindicación 1. En
primer lugar, se calcula la impedancia de secuencia positiva
(Z^{f}_{1k}) y de secuencia cero (Z^{f}_{0k}) de
la red en una estado estacionario antes del fallo para todos los
M nodos de la red basándose en la topología existente,
cargas y parámetros de suministro. En segundo lugar, después del
fallo, se calculan los parámetros del bucle de fallo específicos
dependiendo del tipo del bucle de fallo (fase-fase o
fase-tierra) y el lugar de las medidas (en el
transformador de suministro o en el alimentador defectuoso).
La localización de fallo se determina como
resultado de comprobar el siguiente conjunto de condiciones:
donde:
Y: V_{ph} - tensión en la fase
defectuosa, Z_{1f} - impedancia de la secuencia positiva
del bucle de fallo obtenida a partir de las medidas,
I_{p}, I_{pN} - adecuadamente: corrientes del
bucle de fallo y residual obtenidas a partir de las medidas.
La distancia final al fallo se elegirá cuando se
satisfaga la condición (A). El método de cálculo de los parámetros
(Z_{1f}, I_{p}, I_{pN}) depende del lugar
de medida (en la subestación o en el alimentador).
Con la presente invención es posible determinar
la distancia al fallo de una manera muy precisa y fiable.
Especialmente en redes de distribución que incluyen una pluralidad
de diferentes líneas o secciones de cable y con ramificaciones y
cargas a lo largo de las líneas, la presente invención tiene esto en
cuenta utilizando enfoques de bucle de fallo que dependen del tipo
de fallo y que pasan a través de nodos consecutivos de la red
calculando la impedancia residual para llegar a un valor de
distancia.
Estos y otros aspectos y ventajas de la presente
invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada
y de los dibujos adjuntos.
En la siguiente descripción detallada de la
invención se hará referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 muestra una disposición básica de un
localizador de fallos para una red de distribución,
La Figura 2 muestra un esquema de una red para
un fallo de fase a fase en el nodo k,
La Figura 3 muestra un esquema equivalente para
el cálculo de la impedancia del alimentador,
La Figura 4a muestra un esquema equivalente para
un bucle de fallo de fase a fase desde la subestación al punto de
fallo,
La Figura 4b muestra el esquema de acuerdo con
la Figura 4a más allá del punto de fallo,
La Figura 5a muestra un esquema equivalente para
un bucle de fallo de fase a tierra desde la subestación al punto de
fallo,
La Figura 5b muestra el esquema de acuerdo con
la Figura 5a más allá del punto de fallo y
La Figura 6 muestra una realización de un
dispositivo de acuerdo con la invención para una localización de
fallo en una de las líneas incluidas en la red.
El concepto básico del método de la presente
invención es determinar la localización de fallos como resultado de
la comprobación del siguiente conjunto de condiciones:
donde:
\vskip1.000000\baselineskip
y: V_{ph} - tensión en la
fase defectuosa, Z_{1f} - impedancia de la secuencia
positiva del bucle de fallo obtenida a partir de las medidas,
I_{p}, I_{pN} - adecuadamente: corrientes del
bucle de fallo y residual obtenidas a partir de las
medidas.
Las suposiciones fundamentales que consideran el
algoritmo de localización de fallo propuesto para redes DN se
resumen de la siguiente manera:
1. El algoritmo usa tensiones de subestación
(tres señales por subestación, una señal por fase) y corrientes:
tomadas del transformador de suministro cuando el Registrador de
Fallos (FR) centralizado está instalado o desde el alimentador
defectuoso cuando se instalan FR en cada uno de los alimentadores.
Esto es una ventaja del método, no un inconveniente. Si hay FR
instalados en algunos alimentadores, los datos registrados en los
mismos se usan para la localización de fallos (Figura 1). Si un
alimentador sin FR resulta defectuoso, el método propuesto hace
posible calcular la impedancia del fallo basándose únicamente en la
corriente de los transformadores y tensiones de las barras
conductoras. El método adecuado para el último caso se da en el
documento WO 99/46609.
2. Los valores medios de cargas a lo largo de
cada alimentador son conocidos.
3. Los parámetros eléctricos de cada sección del
alimentador son conocidos.
4. Se registra al menos un ciclo de señales
defectuosas.
\vskip1.000000\baselineskip
Los datos mencionados en los puntos 2 y 3, la
topología de la red, que comprende datos eléctricos tales como el
número de líneas, ramificaciones, longitudes de líneas entre
ramificaciones y las impedancias de las líneas respectivas y las
cargas reales en las líneas y las cargas en las líneas como se usan
para una cálculo de la impedancia de red en estado estacionario, de
acuerdo con el algoritmo usado en la presente invención para
calcular la distancia al fallo, debe calcularse la impedancia
Z^{f}_{1k} y Z^{f}_{0k} para una condición de
estado estacionario y los parámetros Z_{1f},
k_{1}, Z_{1N} a partir de medidas de acuerdo
con
1. calcular la impedancia de la red para un
alimentador dado para esquemas de secuencia positiva y secuencia
cero para la condición de estado estacionario. Ajustar totalmente
estos datos incluye los siguientes parámetros:
- impedancia de series de secuencia positiva
(Z_{1L}) y secuencia cero (Z_{0L}) de todas las
secciones de línea;
- impedancia de derivación equivalente de
secuencia positiva (Z_{1k}) y secuencia cero
(Z_{0k}) para todos los nodos de la red;
- impedancia de secuencia positiva
(Z^{f}_{1k}) y secuencia cero (Z^{f}_{0k}) como se
observa desde la subestación para todos k = 1..M los
nodos de la red (estas impedancias se calculan suponiendo que tiene
lugar un fallo sin resistencia en el nodo k considerado); la
impedancia Z^{f}_{1k} se divide entonces en las impedancias
Z^{f1}_{1k} y Z^{f2}_{1k} como en la Figura 3
suponiendo que el coeficiente 0 < m \leq 1;
- impedancia de la secuencia positiva
(Z^{u}_{1k}) y secuencia cero (Z^{u}_{0k}) como se
observa a partir del nodo consecutivo k hasta el final de la
red.
\vskip1.000000\baselineskip
Todos estos parámetros se calculan a partir de
parámetros de línea y valores de cargas con respecto a la
configuración del alimentador usando un método conocido, por
ejemplo una ecuación de tensión nodal. Se hace referencia a B.M.
WEEDY, "Electric Power Systems". John Wiley & Sons Ltd.
1990, Capítulo 7. "Fault Analysis", pág.
251-299; para detalles respecto a la ecuación de
tensión nodal. Los resultados del cálculo forman un conjunto de
datos en el que el nodo k se describe mediante el siguiente
vector de impedancia: [Z_{1k} Z_{0k}
Z^{f1}_{1k} Z^{f2}_{1k}
Z^{u}_{1k} Z^{u}_{0k}].
Además, cada sección del alimentador se describe mediante dos
impedancias: [Z_{1L}, Z_{0L}]. Los datos a partir
de los cálculos se almacenan convenientemente en una base de
datos.
Los dos parámetros k_{1},
Z_{1N} dependen de I_{p}, I_{pN}. De
nuevo, se considerarán dos casos dependiendo del tipo de bucle de
fallo y el lugar de la medida.
Como resumen de la descripción detallada dada en
el documento WO 99/46609, las corrientes I_{p},
I_{pN} pueden definirse de la siguiente manera:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
\vskip1.000000\baselineskip
C_{0k} - capacitancia de la secuencia
cero del alimentador defectuoso,
C_{C0} - capacitancia de la secuencia
cero de toda la red MV,
S_{lk} y
S_{\Sigma} son las cargas antes del fallo de la línea
defectuosa y todas las líneas, respectivamente. 14
-
impedancia de la secuencia positiva antes del fallo en el transformador de suministro, el índice ph indica la fase defectuosa.
impedancia de la secuencia positiva antes del fallo en el transformador de suministro, el índice ph indica la fase defectuosa.
Además, la impedancia del bucle de fallo de
secuencia positiva Z_{1f} observado desde la subestación
para un fallo de fase a fase puede obtenerse a partir de la división
de una caída de tensión adecuada mediante la diferencia de
corrientes:
donde: V_{pp} - tensión de
fase a fase, I_{pp} - corriente de fase a fase, por
ejemplo, para un fallo A-B:
V_{pp}=V_{A}-V_{B},
I_{pp}=I_{A}-I_{B}.
\vskip1.000000\baselineskip
El bucle de secuencia positiva para el fallo de
fase a tierra se obtiene de la siguiente manera.
Para una línea homogénea la impedancia de
secuencia positiva del bucle de fallo observada desde la subestación
se determina a partir de la siguiente relación
\vskip1.000000\baselineskip
Z'_{0}, Z'_{1} -
impedancia de secuencia cero y secuencia positiva para la longitud
del alimentador defectuoso, I_{p}, I_{pN} - como
en las ecuaciones
(4-5).
Para un alimentador que incluye secciones con
diferentes tipos de coeficiente de cable k_{kN} no puede
calcularse de acuerdo con la ecuación (8) porque en general tienen
diferentes parámetros de secuencia kilométrica cero y positiva. En
este caso la ecuación (8) puede reescribirse de la siguiente
forma:
donde Z^{f}_{0k} y
Z^{f}_{1k} son la impedancia de secuencia cero y secuencia
positiva observada desde la subestación al nodo k,
respectivamente. Sustituyendo la ecuación (9) en la ecuación (7) se
obtienen impedancia del bucle de
fallo
\vskip1.000000\baselineskip
Suponiendo que el punto de fallo
\vskip1.000000\baselineskip
Después de algunas recolocaciones se obtiene
donde:
\vskip1.000000\baselineskip
La relación (11) es la base para el método
inventado de acuerdo con las ecuaciones (1-3) para
fallos de fase a tierra. Los parámetros k_{1} y
Z_{1N} pueden calcularse a partir de las medidas mientras
que Z^{f}_{1k} y Z^{f}_{0k} son impedancias reales
de secuencia positiva y secuencia cero de un bucle de fallo. Las
últimas pueden obtenerse a partir de un cálculo fuera de línea
basado en parámetros de red.
El lado izquierdo de la ecuación (11),
Z^{f}_{1k} representa la impedancia de secuencia positiva
del bucle de fallo observada desde la subestación. En el lado
derecho de la ecuación (11) hay una combinación de medidas de
secuencia positiva y secuencia cero disponible en la subestación
(Z_{1N}, k_{1}) y la impedancia de secuencias cero
de la red desde la subestación al punto de fallo
Z^{f}_{0k}.
Teniendo la impedancia de red
Z^{f}_{1k} y Z^{f}_{0k} para la condición de
estado estacionario, y los parámetros de bucle de fallo:
Z_{1f}; k_{1}, Z_{1N} dados para las
medidas de acuerdo con las ecuaciones (2) y (3) con respecto a las
relaciones anteriores es posible utilizar el criterio (1) para
calcular la distancia al fallo.
La distancia final al fallo se elegirá cuando se
satisface la condición como en (1).
Se usan dos algoritmos diferentes dependiendo
del tipo de bucle de fallo: bucle de fallo de fase a fase y bucle de
fallo de fase a tierra.
Considerando el fallo de fase a fase en el nodo
k de la red como en la Figura 2. Se supone que la impedancia
Z^{f}_{1k} (impedancia de red de secuencia positiva como se
observa desde la subestación suponiendo que ocurre un fallo sin
resistencia en el nodo k) se conoce a partir del cálculo en
estado estacionario y Z_{lf} se obtiene a partir de la
medida de acuerdo con (6).
Para un análisis adicional el bucle de fallo
observado desde la subestación se representa mediante cualquier
esquema equivalente como en la Figura 3. La siguiente condición se
satisface para este esquema:
La impedancia separada en la ecuación (13) puede
determinarse fácilmente a partir de la impedancia conocida:
Z^{f}_{1k} Z^{f}_{1k} eligiendo el parámetro
m (0 < m \leq 1).
La representación de la impedancia
Z^{f}_{1k} en una forma como en la Figura 3 proporciona la
posibilidad de incluir la resistencia a fallo en un bucle de fallo
como se muestra en la Figura 4a. La impedancia residual
\DeltaZ_{f} representa la impedancia equivalente implicada en
un bucle de fallo debido a la resistencia a fallo R_{f} si
el fallo ocurre en el nodo k o detrás de él. El esquema
equivalente para la representación de la impedancia \DeltaZ_{f}
se presenta en la Figura 4b. Aquí:
Z_{1k} - impedancia de derivación
equivalente en el nodo k,
Z_{l} - impedancia de la serie de la
sección de cable entre los nodos k, k+1,
Z^{u}_{1(k+1)}- impedancia
equivalente de la red observada desde el nodo k + 1 hasta el
final del alimentador.
La impedancia Z^{u}_{1(k+1)}
debería calcularse también en una condición de estado estacionario
para todos los nodos de la red y almacenarse en una base de
datos.
La distancia al fallo d_{f} [m] se determina
como una suma de la distancia d [m] desde la subestación al
nodo k (Figura 4b) y la distancia xi_{k} [m] dentro
de una sección dada:
donde l_{k} es la longitud
de la
sección.
\vskip1.000000\baselineskip
El algoritmo para el cálculo de la distancia
x se deduce de lo siguiente:
1. La impedancia del bucle de fallo
Z_{1f} medida en la subestación satisface la siguiente
relación (Figura 4a)
\vskip1.000000\baselineskip
2. Después de recolocar (15) el valor de la
impedancia residual puede obtenerse
\vskip1.000000\baselineskip
3. La impedancia \DeltaZ_{f}
representa el esquema observado a partir del nodo k al lugar
del fallo que puede determinarse como
\vskip1.000000\baselineskip
4. Los lados derechos de las ecuaciones (16) y
(17) deben ser iguales, lo que conduce a la determinación de la
resistencia de fallo desconocida
donde
5. El valor de x puede obtenerse a partir
de (18) con la condición de que la resistencia a fallo tome un valor
real
Después de recolocar se obtiene
donde
La primera raíz de (20) toma un valor
imaginario, por lo que finalmente la distancia a un fallo se
determina a partir de
La distancia al fallo se calcula entonces de
acuerdo con la ecuación (14).
\vskip1.000000\baselineskip
El esquema equivalente del bucle de fallo
(Figura 5) es similar al del caso de fase a fase. En lugar de
Z_{1f} ahora se usa la impedancia de la ecuación (10).
Teniendo esto en cuenta, el algoritmo para la distancia x [p.u.] al
fallo en la sección k, k+1 se deduce de lo siguiente:
1. La impedancia del bucle de fallo
Z^{f}_{1k} = Z_{1N} -
K_{l}Z^{f}_{0k} medida en la subestación satisface
la siguiente relación (Figura 5a)
\newpage
2. Después de la recolocación de (22) puede
obtenerse el valor de la impedancia residual
\vskip1.000000\baselineskip
3. La impedancia \DeltaZ_{f}
representa el esquema observado desde el nodo k hasta el
lugar del fallo que puede determinarse como (Figura 5b)
donde el índice e está
relacionado con la impedancia equivalente en el esquema en la Figura
5b.
\vskip1.000000\baselineskip
La impedancia equivalente se calcula a partir de
la impedancia de secuencia positiva y secuencia cero del elemento
particular de acuerdo con las siguientes relaciones:
donde los índices 0 y 1 se refieren
a la impedancia de secuencia cero y secuencia positiva,
respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Los lados derechos de las ecuaciones (23) y
(24) deben ser iguales lo que conduce a la determinación de la
resistencia de fallo desconocida
donde
\vskip1.000000\baselineskip
5. El valor de x puede obtenerse a partir
de la ecuación (26) con la condición de que la resistencia a fallo
tome un valor real
En las mismas condiciones que para el fallo de
fase a fase se obtiene
donde
\vskip1.000000\baselineskip
La distancia al fallo se calcula entonces de
acuerdo con la ecuación (14).
Un ejemplo de un dispositivo de acuerdo con la
invención para localización de fallos en una de las líneas incluido
en una red de distribución queda claro a partir de la Figura 6 y
comprende:
- un localizador de fallo 6,
- dispositivos de medida de tensión y corriente
4 y 5 con filtros F_{l}, 8 y F_{v}, 9 para introducir
continuamente al localizador de fallos valores medidos de valores de
corriente y tensión, medidos en una estación MV, para todas las
líneas incluidas en la red,
- una unidad M_{N}, 10, para introducir los
datos de la red MV al localizador de fallos, y
- una unidad M_{F}, 11, para introducir
información sobre el tipo de fallo y sobre qué línea ha resultado
defectuosa después de que ha ocurrido un fallo.
\vskip1.000000\baselineskip
El localizador de fallo 6 comprende:
- una memoria, 6a, para almacenar secuencias
consecutivas de datos de entrada medidos que permite la
determinación de valores medidos de tensión y corriente
inmediatamente antes y después de que haya ocurrido un fallo, y una
memoria para almacenar los datos de red de entrada,
- una unidad E_{F}, 6b, para recibir
información sobre el tipo de fallo y sobre qué línea ha resultado
defectuosa,
- la unidad de cálculo, 6c, para calcular, en
base a los datos introducidos, la distancia desde la estación MV al
sitio de fallo,
- una unidad E_{A}, 6d, para suministrar un
valor de la distancia calculada al fallo.
\vskip1.000000\baselineskip
Los datos de red que, mediante la unidad
M_{N}, 10, deben introducirse al localizador de fallo
comprenden:
- información sobre la configuración y topología
de la red MV, es decir, cómo la red, líneas y ramificaciones están
conectadas a la red MV,
- información sobre la longitud e impedancia de
las secciones de línea,
- información sobre la impedancia de carga en
todas las ramificaciones,
- información sobre las capacitancias de
secuencia positiva de todas las líneas a tierra.
\vskip1.000000\baselineskip
Los datos de red que deben introducirse en el
localizador de fallos, después de que ha ocurrido el mismo, a través
de la unidad M_{F}, 11 comprenden
- información sobre el tipo de fallo, es decir,
si el fallo es de fase a fase o si es un fallo de fase a tierra,
- información sobre qué línea ha resultado
defectuosa.
\vskip1.000000\baselineskip
La información sobre el tipo de fallo y qué
línea ha resultado defectuosa se obtiene a partir de la protección
súper ordenada y un sistema experto.
Cuando se ha calculado una distancia al fallo
desde la estación MV, esta se presenta mediante la unidad E_{A},
6d, por ejemplo en una unidad de presentación visual 12.
Un dispositivo de acuerdo con la invención para
localización de fallos en una de las líneas incluidas en la DN
puede diseñarse en una pluralidad de formas similares a la mostrada
en la Figura 6. De esta manera, por ejemplo, los filtros 8 y 9 para
filtrar los datos medidos para corriente y tensión y las unidades de
entrada 10 y 11 para datos de red e información del fallo pueden
integrarse más o menos en el localizador de fallos 6. El
dispositivo comprende también uno o más
micro-ordenadores. El
micro-procesador (o procesadores) comprenden una
unidad de procesamiento central CPU que realiza las etapas del
método de acuerdo con la invención. Esto se realiza con ayuda de un
programa de ordenador dedicado que se almacena en la memoria de
programas, debe entenderse que el programa de ordenador puede
ejecutarse en un ordenador industrial de propósito general en lugar
de un ordenador adaptado de forma especial.
El software incluye elementos de código del
programa de ordenador o partes de código de software que hace que
el ordenador realice el método usando las ecuaciones, algoritmos,
datos y cálculos descritos anteriormente. Una parte del programa
puede almacenarse en un procesador como en el caso anterior aunque
también en una memoria ROM, RAM, PROM o chip EPROM o similar. El
programa puede almacenarse en parte o en su totalidad en otro medio
que puede leerse mediante ordenador adecuado tal como un disco
magnético, CD-ROM o disco DVD, disco duro, medios
de almacenamiento de memoria magneto-ópticos, en memoria volátil, en
memoria flash, en firmware (micro-programación
cableada) o almacenarse en un servidor de datos.
El método propuesto en esta invención realiza el
procedimiento para la localización de fallos en redes de
distribución en las siguientes etapas:
1. Para un alimentador dado calcular la
impedancia de red para esquemas de secuencia positiva y secuencia
cero para una condición de estado estacionario y almacenarlos en la
base de datos. Ajuste total de estos datos incluye los siguientes
parámetros:
- impedancia de series de secuencia positiva
(Z_{1L}) y secuencia cero (Z_{0L}) de todas las
secciones de línea;
- impedancia de derivación equivalente de
secuencia positiva (Z_{1k}) y secuencia cero
(Z_{0k}) para todos los nodos de la red;
- impedancia de secuencia positiva
(Z^{f}_{1k}) y secuencia cero (Z^{f}_{0k}) como se
observa desde la subestación para todos los nodos de la red
k = 1..M (estas impedancias se calculan suponiendo que
tiene lugar un fallo sin resistencia en el nodo k
considerado); la impedancia Z^{f}_{1k} se divide entonces
en las impedancias Z^{f1}_{1k} y Z^{f2}_{1k} como
en la Figura 3 suponiendo que el coeficiente 0 < m \leq 1;
- impedancia de la secuencia positiva
(Z^{u}_{1k}) y secuencia cero (Z^{u}_{0k}) como se
observa a partir del nodo consecutivo k hasta el final de la
red.
\vskip1.000000\baselineskip
Todos estos parámetros se calculan a partir de
parámetros de cable o línea y el valor de las cargas con respecto a
la configuración del alimentador usando un método conocido, por
ejemplo, una ecuación de tensión nodal. Los resultados del cálculo
forman un conjunto de datos en el que el nodo k se describe
mediante el siguiente vector de impedancia: [Z_{1k}
Z_{0k} Z^{f1}_{1k}
Z^{f2}_{1k} Z^{u}_{1k}
Z^{u}_{0k}].
Además, cada sección de alimentador se describe
mediante dos impedancias: [Z_{1L}, Z_{0L}].
Después de la detección del fallo el
procedimiento depende del tipo de fallo.
\vskip1.000000\baselineskip
2. La impedancia Z_{1f} se calcula de
acuerdo con la ecuación (6);
3. Yendo a través de nodos consecutivos la
impedancia residual \DeltaZ_{f} se calcula como en la
ecuación (16) y después la distancia x de acuerdo con la
ecuación (21). Esta etapa se continúa hasta x<1 y después
se determina la distancia total de acuerdo con la ecuación (14).
\vskip1.000000\baselineskip
4. Las corrientes I_{p},
I_{pN} se calculan de acuerdo con las ecuaciones
(4-5) - dependiendo del lugar de la medida;
5. Los parámetros k_{1},
Z_{1N} y la impedancia Z_{1f} se calculan como en
las ecuaciones (10-12);
6. Yendo a través de nodos consecutivos la
impedancia residual \DeltaZ_{f} se calcula como en la
ecuación (24) y después la distancia x de acuerdo con la
ecuación (28). Esta etapa continúa hasta que x<1 y después
se determina toda la distancia de acuerdo con la ecuación (14).
Debe entenderse que las realizaciones descritas
anteriormente y mostradas en los dibujos deben considerarse como
ejemplos no limitantes de la presente invención y que se definen
mediante las reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. Método para la localización de un fallo que
ha ocurrido en una pluralidad de líneas en una red de distribución
de energía, donde la localización se determina con ayuda de los
valores medidos de la tensión de suministro habitual de dicha
pluralidad de líneas y las corrientes de dicha pluralidad de líneas
después de la aparición de un fallo; calculando la impedancia de
secuencia positiva Z^{f}_{1k} y la impedancia de secuencia
cero Z^{f}_{0k} de la red en un estado estacionario antes
del fallo para todos los M nodos basándose en el conocimiento de la
configuración y topología de la red y obteniendo mediante un sistema
de protección superordenado, cuál de dicha pluralidad de líneas se
ha hecho defectuosa y qué fallo ha ocurrido, caracterizado
por las etapas de:
calcular la impedancia equivalente
Z_{ek} en el nodo k usando un cálculo de bucle de
fallo dependiendo del tipo de fallo como
\vskip1.000000\baselineskip
donde
\vskip1.000000\baselineskip
y: V_{ph} -tensión en la
fase defectuosa, Z_{1f} - impedancia de la secuencia
positiva del bucle de fallo obtenida a partir de las medidas,
I_{p}, I_{pN} - adecuadamente: corrientes de bucle
de fallo y residual obtenidas a partir de las medidas, y comprobar
si
\vskip1.000000\baselineskip
en el que, una vez satisfecho,
determinar la distancia al fallo de acuerdo con, si el fallo es un
fallo de fase a tierra: definiendo I_{p}, I_{pN}
como
I_{ph}
- cuando las medidas son en el alimentador,
\vskip1.000000\baselineskip
- cuando las medidas son en la subestación,
donde Iph es la corriente en la fase defectuosa,
Z pre es la impedancia de la secuencia positiva antes
del fallo en el transformador de suministro, y
\vskip1.000000\baselineskip
cuando las medidas son en el
alimentador,
\newpage
cuando las medidas son en la subestación,
donde:
V_{0}=(V_{A}+V_{B}+V_{C})/3, A,
B, C son las fases
C_{0k} - capacitancia de la secuencia
cero del alimentador defectuoso,
C_{C0} - capacitancia de la secuencia
cero de toda la red de distribución de energía,
S_{lk} y S_{\Sigma} son las cargas
antes del fallo de la línea defectuosa y de todas las líneas,
respectivamente,
calcular la impedancia Z_{1f} de
acuerdo con
\vskip1.000000\baselineskip
suponiendo Z_{1f} =
Z^{f}_{1k} como punto de fallo y
recolocando:
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
\vskip1.000000\baselineskip
calcular la impedancia residual
yendo a través de nodos consecutivos como se observa desde el nodo
k hasta el lugar del fallo
como
\vskip1.000000\baselineskip
donde Z_{l} es la
impedancia de la serie, Z_{k} es la impedancia en el nodo
k, Z^{u}_{(k+1)}es la impedancia del nodo observada
desde los nodos k+1 hasta el final del suministrador y el índice e
es la abreviatura del término "equivalente" y donde
R_{f} es la resistencia al
fallo,
calcular el factor de distancia x desde el nodo
al fallo como
\vskip1.000000\baselineskip
donde
y
continuando hasta que x<
1,
y determinando la distancia al fallo
d_{f} como
donde d es la distancia
desde la subestación al nodo k y la distancia l_{k}
es la longitud de la
sección.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método para localizar un fallo que ha
ocurrido en una pluralidad de líneas en una red de distribución de
energía donde la localización se determina con ayuda de los valores
medidos del suministro de tensión habitual de dicha pluralidad de
líneas y las corrientes de dicha pluralidad de líneas después de la
aparición de un fallo; calcular la impedancia de la secuencia
positiva equivalente Z^{f}_{1k} y la impedancia de
secuencia cero Z^{f}_{0k} de la red en un estado
estacionario antes del fallo para todos los M nodos basándose en el
conocimiento de la configuración y topología de la red y obteniendo
mediante un sistema de protección superordenado, cuál de dicha
pluralidad de líneas se ha hecho defectuosa y qué fallo ha ocurrido,
caracterizado por las etapas de:
calcular la impedancia relativa Z_{ek}
en el nodo k usando un cálculo de bucle de fallo dependiendo
del tipo de fallo como
donde
y: V_{ph} - tensión de la
fase defectuosa, Z_{1f} - impedancia de la secuencia
positiva del bucle de fallo obtenida a partir de las medidas,
I_{p}, I_{pN} - adecuadamente: corrientes de bucle
de fallo y residual obtenidas a partir de las medidas y comprobar
si
en la que, después de haberse
satisfecho, determinar la distancia a un fallo de acuerdo con si el
fallo es un fallo de fase a tierra: definiendo I_{p},
I_{pN}
como
I_{ph}
- cuando las medidas son en el alimentador,
- cuando las medidas son en la subestación,
donde Iph es la corriente en la fase defectuosa,
Z pre es la impedancia de la secuencia positiva antes
del fallo en el transformador de suministro, y
cuando las medidas son en el
alimentador,
cuando las medidas son en la
subestación, donde: V_{0}=(V_{A} + V_{B}
+ V_{C})/3, A, B C siendo las
fases
\vskip1.000000\baselineskip
C_{0k} - capacitancia de la secuencia cero del
alimentador defectuoso,
C_{C0} - capacitancia de la secuencia cero de
toda la red de distribución
\vskip1.000000\baselineskip
S_{lk} y
S_{\Sigma} son las cargas antes del fallo de la línea
defectuosa y de todas las líneas,
respectivamente,
calcular la impedancia Z_{1f} de
acuerdo con
\vskip1.000000\baselineskip
Donde: V_{pp} - tensión de fase a fase,
I_{pp} - corriente de fase a fase, por ejemplo fallo
A-B: V_{pp} =
V_{A}-V_{B},
I_{pp}=I_{A}-I_{B}
calcular la impedancia residual yendo a través
de nodos consecutivos como se observa desde el nodo k hasta el lugar
del fallo como
\vskip1.000000\baselineskip
donde Z_{l} es la
impedancia de la serie, Z_{Ik} es la impedancia de
secuencia positiva equivalente en el nodo k,
Z^{u}_{1(k+1)} es la impedancia de secuencia
positiva de la red observada desde los nodos k+1 hasta el final del
alimentador donde R_{f} es la resistencia al
fallo,
calcular el factor de distancia x desde el nodo
al fallo como
donde
y
continuando hasta que x<
1,
y determinando la distancia al fallo d_{f}
como
donde d es la distancia
desde la subestación al nodo k y la distancia l_{k}
es la longitud de la
sección.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Dispositivo (6) para localización de un fallo
que ha ocurrido en una de una pluralidad de líneas en una red de
distribución de energía que comprende un medio para medir valores de
la tensión de suministro habitual de la pluralidad de líneas y las
corrientes de la pluralidad de líneas antes y después de la
aparición de un fallo; un medio (10) para calcular la impedancia de
secuencia positiva equivalente Z^{f}_{1k} y la impedancia
de secuencia cero Z^{f}_{0k} de la red en un estado
estacionario antes del fallo para todos los nodos M; medio de
almacenamiento de información que contiene información respecto a la
configuración y topología de la red; donde el dispositivo está
conectado a un sistema de protección superordenado para obtener
información respecto a cual de dicha pluralidad de líneas se ha
hecho defectuosa y qué tipo de fallo ha ocurrido,
caracterizado porque:
un medio (6c) para calcular la impedancia
equivalente Z_{ek} en el nodo k usando un cálculo de
bucle de fallo dependiendo del tipo de fallo como
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde
\vskip1.000000\baselineskip
y: V_{ph} - tensión en la
fase defectuosa, Z_{1f} - impedancia de la secuencia
positiva del bucle de fallo obtenida a partir de las medidas,
I_{p}, I_{pN} - adecuadamente: corrientes de bucle
de fallo y residual obtenidas a partir de las medidas, y comprobar
si
\vskip1.000000\baselineskip
en la que, una vez satisfecha, la distancia al
fallo se determina de acuerdo con si el fallo es un fallo de fase a
tierra:
un medio para definir I_{p},
I_{pN} como
I_{ph}
\newpage
- cuando las medidas son en el alimentador,
- cuando las medidas son en la subestación,
donde Iph es la corriente en la fase defectuosa,
Z pre es la impedancia de la secuencia positiva antes
del fallo en el transformador de suministro, y
- cuando las medidas son en el alimentador,
\vskip1.000000\baselineskip
- cuando las medidas son en la subestación,
donde: V_{0}=(VA + VB + VC)/3, A, B, C son las
fases,
\vskip1.000000\baselineskip
C_{0k} - capacitancia de la secuencia cero del
alimentador defectuoso,
C_{C0} - capacitancia de la secuencia cero de
toda la red de distribución
\vskip1.000000\baselineskip
S_{lk} y
S_{\Sigma} son las cargas antes del fallo de la línea
defectuosa y de todas las líneas,
respectivamente,
un medio para calcular la impedancia
Z_{1f} de acuerdo con
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
suponiendo Z_{1f} =
Z^{f}_{1k} en el punto de fallo y
recolocando:
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
\newpage
un medio calcular la impedancia residual yendo a
través de nodos consecutivos como se observa desde el nodo k
hasta el lugar del fallo como
donde Z_{l} es la
impedancia de la serie, Z_{k} es la impedancia en el nodo
k, es la impedancia del nodo observada desde los nodos k+1
hasta el final del alimentador y el índice e es la abreviatura del
término "equivalente" y donde R_{f} es la resistencia
al
fallo,
un medio para calcular el factor de distancia x
desde el nodo al fallo como
donde
y
continuando hasta que x<
1,
y determinando la distancia al fallo d_{f}
como
donde d es la distancia
desde la subestación al nodo k y la distancia l_{k}
es la longitud de la
sección.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Dispositivo (6) para localización de un fallo
que ha ocurrido en una de una pluralidad de líneas en una red de
distribución de energía que comprende un medio para medir valores de
la tensión de suministro habitual de la pluralidad de líneas y las
corrientes de la pluralidad de líneas antes y después de la
aparición de un fallo; un medio (10) para calcular la impedancia de
secuencia positiva equivalente Z^{f}_{1k} y la impedancia
de secuencia cero Z^{f}_{0k} de la red en un estado
estacionario antes del fallo para todos los nodos M; medio de
almacenamiento de información que contiene información respecto a la
configuración y topología de la red; donde el dispositivo está
conectado a un sistema de protección superordenado para obtener
información respecto a cual de dicha pluralidad de líneas se ha
hecho defectuosa y qué tipo de fallo ha ocurrido,
caracterizado por
un medio (6c) para calcular la impedancia
equivalente Z_{ek} en el nodo k usando un cálculo de
bucle de fallo dependiendo del tipo de fallo como
donde
y: V_{ph} - tensión en la
fase defectuosa, Z_{1f} - impedancia de la secuencia
positiva del bucle de fallo obtenida a partir de las medidas,
I_{p}, I_{pN} - adecuadamente: corrientes de bucle
de fallo residual obtenidas a partir de las medidas y comprobar
si
en la que, una vez satisfecha, la
distancia al fallo se determina de acuerdo con si el fallo es un
fallo de fase a tierra: un medio para definir I_{p},
I_{pN}
como
I_{ph}
- cuando las medidas son en el alimentador,
- cuando las medidas son en la subestación,
donde Iph es la corriente en la fase defectuosa,
Z pre es la impedancia de la secuencia positiva antes
del fallo en el transformador de suministro, y
- cuando las medidas son en el alimentador,
- cuando las medidas son en la subestación,
donde: V_{0}=(VA + VB + VC)/3, A, B, C son las
fases,
C_{0k} - capacitancia de la secuencia cero del
alimentador defectuoso,
C_{C0} - capacitancia de la secuencia cero de
toda la red de distribución de
S_{lk} y
S_{\Sigma} son las cargas antes del fallo de la línea
defectuosa y de todas las líneas,
respectivamente,
un medio para calcular la impedancia
Z_{1f} de acuerdo con
donde: V_{pp} - tensión de
fase a fase, I_{pp} - corriente de fase a fase, por ejemplo
para un fallo A-B:
V_{pp}=V_{A}-V_{B},
I_{pp}=I_{A}-I_{B}
I_{pp}=I_{A}-I_{B}
un medio para calcular la impedancia residual
yendo a través de nodos consecutivos como se observa desde el nodo k
hasta el lugar del fallo como
donde Z_{l} es la
impedancia de la serie, Z_{Ik} es la impedancia de
secuencia positiva equivalente en el nodo k,
Z^{u}_{1(k+1)} es la impedancia de secuencia
positiva de la red observada desde los nodos k+1 hasta el final del
alimentador donde R_{f} es la resistencia al
fallo,
un medio para calcular el factor de distancia x
desde el nodo al fallo como
donde
y
continuando hasta que x<
1,
y determinando la distancia al fallo d_{f}
como
donde d es la distancia
desde la subestación al nodo k y la distancia l_{k}
es la longitud de la
sección.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Uso de un dispositivo de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4 para determinar la
distancia a un fallo en una red de distribución de energía.
6. Un producto que es un programa de ordenador
que comprende un medio de código para ordenador para hacer que un
ordenador realice el método de acuerdo con la reivindicación 1 o
2.
7 El uso del producto que es un programa de
ordenador de acuerdo con la reivindicación 6 para determinar una
distancia a un fallo en una red de distribución de energía.
8. Un medio legible por ordenador que comprende
el medio de código para ordenador de acuerdo con la reivindicación
6.
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