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Avances tecnológicos en protección y localización de falla en líneas de transmisión

Jean León EternodDirector de Tecnología

SEL LATAM

Algorithm Phasors Incremental Quantities Traveling Waves

Signal Spectrum of Interest 40–70 Hz 0.5 kHz 100 kHz

Filtering

Sampling 16 s/c 10 kHz 1 MHz

Line theory

Operating time 1 cycle A few milliseconds 1–2 ms

CT and PT requirements Low Moderate High

Principios Fasoriales y en el Dominio del TiempoSimilitudes y Diferencias

• Basados en ondas viajeras Diferencial, TW87, 1-3 ms

Elemento Direccional, TW32, 0.1 ms

• Basados en cantidades incrementales Distancia bajo alcance TD21, 2-6 ms

Direccional, TD32, 1.5 ms

Protección de Línea de Ultra Alta Velocidad Usando Principio y Esquemas TD

• Son parte de la protección asistida por comunicaciones y pueden detector fallas de alta resistencia cuando son aplicados en esquemas de POTT

• Agregan seguridad a los esquemas de distancia• El uso de ondas viajeras (TW32) y elementos

incrementales en el dominio del tiempo (TD32) permiten operaciones más rápidas

Elementos Direccionales

Cantidadesincrementales

proven información de

la falla pura

Corriente Réplica Simplifica la Representación en la Red de Falla Pura

Corriente Réplica:

Ecuaciones simples…

Forward fault: ∆ ∆

∆

∆

S

S

i

v ElementoDireccional con

CantidadesIncrementalesTime Domain,

TD32

Reverse fault: ∆ ∆

CantidadesIncrementales

por LazoProveenDecisión

Direccional

Loop Voltage Current

AG ∆vAG ∆iZAG = ∆iAZ – ∆i0Z

AB ∆VAB = ∆vA – ∆vB ∆iZAB = ∆iAZ – ∆iBZ

_

+

vAG

iZAG

Operating torque

RUN

RUN

RUN

TD32ZF

–TD32ZR

_

+

Forward

Reverse

Disturbance detected

Forwardrestraining torque

Reverserestraining torque

Phase A involved in the fault and ready

x

x

x

Respuesta Elemento DireccionalFalla CG a Tierra

TD32 Velocidad con Seguridad

Volts

, Am

pere

s(S

econ

dary

)

Inte

grat

ed V

A VA

, Sec

onda

ry

Polridad de TW Vistas por RelevadorFalla Interna (Evento Adelante)

F

F

–VF

ZC_L ZC_L

TW Polaridad Vista por RelevadorFalla Externa

F

F

–VF

ZC_L

Salida del FiltroDiferenciador Alisador

Phase-C-to-Ground Fault400 kV, 224 km Line

TW32 Opera en<150 µs

PWRAPWRBPWRC

VA

Esquema de POTT Rápido y Seguro

TW32 ProveeVelocidad

Terminal Local

POTTscheme

trip condition

OCTPA

PTRXPTRXB

PTRXC

PTRXAPTATDRBA

TD32F

0

COMCHD

2 ms

COMCHD

TD32 Proveedependabilidady seguridad

Remote Terminal

KEYATW32FA

TDRBA

TD32FA

R

MPD

MPS

CTS MID

IBD CHM

TMD TYS OJP

PBD

TCL

TMT

JUI

EDO SVC

223.8 km (139.1 mi)

R

CFE 400 kVReles en Línea

MID-TMD Aplicación Disparo

Monopolar

• 8 meses, 9 registros de falla

• Velcidad y seguridad para todos los eventos

• Dependabilidad para fallas de alta resistencia

• TW32 Adelante se activo para 3 de 4 fallas internas entiempos de operación prmedio de 116 μs, restringio correctopara todas las fallas externas

• TD32 opero correcto para todas las fallas; tiempos típicos de 1.055 ms, tiempo promedio de 2.966 ms incluyendo muyresistivas

CFE Evaluación de CampoPOTT Basado en TD32 y TW32

Primera Empresa Usando la Protección en Operación

May 7, 2018Disparos Conectados a Interruptores

Fallas Externas Validan la Seguridad

Phase-C-to-ground fault on Rio Puerco–Four Corners Line (July 9, 2018)

Rio PuercoCabezon

B-A

San Juan

Four Corners West Mesa

Jicarilla

McKinley

Shiprock

Waterflow

CZ Line (33.1 miles)

WW Line (109.32 miles)T400L

T400L T400L T400L

186.317 µs tiempo de propagación

Problema de Protección

Línea de 345 kV partida por nueva subestación Capacitor serie cerca de la partición y un extremo Línea corta sobrecompensada: XL – XC < 0 Muy difícil para protección convencinal Simple para el T400L. i = C dv/dt dv = i/C dt

Principio diferencial (TD)Solo corriente.

• Ondas falla interna: misma polaridad• Ondas de falla externa: Generalmente polaridad opuesta.

Espaciada el tiempo de propagación de línea

Σ ondas alineadas= Operación

∆ ondas separadas por tiempo de propagación = Restricción.

Falla Interna

S R

IF(0)

Σ = Is(300) + Ir(300) = Grande∆ = Is(300) − Ir(300 +/− 600) = Pequeña

IF(0)

Falla Interna Cerca de SΣ = Is(200) + Ir(400) = Grande

∆ = Is(200) − Ir(200 +/− 600) = pequeña

S R

S

IF(0)

Falla Externa Viaja Toda la LíneaΣ = Is(50) - Ir(650) = pequeña

∆ = Is(50) + Ir(50 +/− 600) = GrandeR

TW87 Restricción para Falla ExternaTWs Local y Remota

50+ Años Rele de ExperienciaDependabilidad y Seguridad Perfecta

País Aplicación (kV) Fallas Externas Fallas Internas

USA

500 2 1345 2 –115 1 369 – 1

Mexico 400 6 4Guatemala 230 3 2Turkey 380, 154 2 11

India220 – –110 – 3

SEL-T400L Tiempos de Operación Campo12

10

8

6

4

2

0TW32 TD32 TD21 TW87

Ope

ratin

g Ti

me

(ms)

AverageMinimum

Maximum

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SEL-T400L –Localización de Falla de Onda Viajera (TW)

Aisladores con señales de arco, difíciles de encontrar

Las Fallas Generan Ondas Viajeras a las Velocidad de la Luz

Fallas, descargas atmosféricas y switcheos lanzas ondas viajeras

tL tR

L R1m t – t v2

Las ondas llegan primero a la terminal mas cercana

TwaveB0.75 ms

TwaveA0.25 ms

Am

pere

sLo

c. (p

u)A

mpe

res

Ondas relfejadas y refractadas

Localización de falla use el tiempo de arribo

A

A

A

LL TwaveA TwaveB • c •LPVELL

2186 miles 0.25 ms 0.75

9

ms

3 m

• 186 m

ilesL 46.5 miles2

iles/ms •1L

2

A B

• Métodos de uno y dos extremos con TW• Métodos de uno y dos extremos de impedancia• Lógica de selección de la major localización• Resultados en tiempo real, directo del relevador• Soporta líneas híbridas (OHL + UGC)• Permite recierre adaptivo para línea híbridas

Tecnologías de Localización en T400L

Localización de falla de un solo extremo

S F R

t1

M LL – MtFAULT = 0

B

t2

t3

t4

t5

Time Time Time

Localización de Fallade un solo extremo

2 · M t t ·LL

TWLPT

MLL2 ·

t tTWLPT

Experiencia de Campo en BPA

• 72.77-mile 161 kV Goshen-Drummond

• 18 seccciones con 4 configuraciones distintas de torre

Image courtesy of Google

SEL-411LMejor Protección Primaria PP1 (87L/21/85L) +

Localización de TW

Prueba de Cierre – June 27, 2012

Mida la Discordancia de polos

B-Phase Closing

A-Phase Closing

Use las Reflexiones para Medir el Tiempo de Propagación en la Línea

Use las Reflexiones para el Tiempode Propagación

Travel Time * 2 = 790.605 usec

Sec

onda

ry (A

)

Flashover – Abril 24, 2012

Disparo a Aislador – May 11, 2012

Abril 24, 2012,Arqueo

Descargas Atmosféricas– May 26, 2012

100 µs

Localizaciones de Falla

Evento BPA (millas) TWFL (millas)

Flashover 67.91 68.19

Disparo 38.16 37.98

Descargaatmosferica 66.86 67.25

Localización de Falla es Critica en Líneas Híbridas

Underground Cable (UGC)

Ground

Overhead Line (OHL)

TWFL Doble Extremo para Líneas HíbridasDatos de Línea

S ROHLUGCOHL

LL1 LL2 LL3

Distance

Time

TWP

LT1

TWP

LT2

TWP

LT3

tS

tR

TWFL Doble Extremo para Lineas HíbridasCorrección Simple

1) Calcula M* como si la líneas fuera homogena

2) Calcula t* como

3) Proyecta t* en la característica no homogenaDistance

Time Actual Line

Homogeneous Line

Step 1 (M*)

Step 3 (M)

t∗ TWLPTM∗

LL

t∗12 TWLPT t t

BLOCK AR

Autorecierre basado en localización de falla

M1

M2

M1 M2

• Calcula TWFL entre cadapareja de terminales

• Identifica la terminal para la cual los calculos coinciden

TWFL en Líneas de Tres Terminales

S R

D

N

Mejoras en Localiación de FallaDisponibles en Octubre de 2019

• Localización de fallas multiterminal sobre canals C37.94 hasta para 4 terminales

• Recierre adaptive para líneas híbirdas sobre canals C37.94

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1. Arrancar el principio de localización de ondaviajera para incidentes sin disparo

2. Calcular la localización del evento si no hay disparo, localización de la falla si hay disparo

3. Tabular eventos y localización de fallaagrupados cada 0.25km (o millas)

4. Alarma en una cuenta alta de eventos en la mismo grupo de localizaciones

Monitoreo de LíneaPrincipio de Operación

• Control de vegetación• Aisladores fallados• Aisladores sucios• Quema de vegetación, ubicar

major, entender secuencias

Mejorar las Operaciones con el monitoreo

• 100 kV, 56.3 km línea de substransmisión

• Dos precursors detectados para una falla

Caso Tata Power

Photos courtesy Tata Power

Las Fallas Pueden Tardar en Evolucionar

Precursores Medibles

Método de Doble Extremo

S F R

tS

tR

M LL – M

TimeTime

tFAULT = 0 SLLM t •

TWLPT

RLLLL M t •

TWLPT

S Rt tLLM • 12 TWLPT

Precursores Pueden ser Localizados

56.31km2 1

97μs196.68μs 14.269km

Corto Circuito

Principio de OperaciónLinea Dividida en grupos para Conteo de Eventos

True Location of Recurring Event

Location

Recommended Inspection Area

654321

Event Count

Alarm Location

9.75 10 10.25

Principio de Operación

Event Location Results

• Reduce notablemente el tiempo de libramiento de fallas Daño de equipos, protección de las personas,

estabilidad, calidad de la energía

• Protege líneas con fuentes basadas en inversores

• Protege lineas híbridas y con compensación serie

• Reduce errores humanos con simplicidad

Resuelva Problemas con T400L

• Localize fallas a una torre de distancia

• Encuentre fallas recurrentes y sus causas

• Reduzca tiempo y costo de cuadrillas de línea

• Mejore la disponibilidad de las líneas

Resuelva Problemas con T400L y SEL411L

• Extienda la vida útil de equipos reduciendo esfuerzos por fallas pasantes

• Observe transitorios de alta frecuencia

• Observe con nuevos lentes de 1MHz

Resuelva Problemas con T400L