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Nuestra sesión de hoy
Cyber Seguridad en Subestaciones de Electricidad – 22 de junio
Pruebas de protección y localización de fallas a través de Ondas Viajeras – 6 de julio
Instructor de la sesión
João Jorge
Posición en OMICRON
Regional Application Specialist (IEC 61850 y Protecciones)
Coordinador de OMICRON Academy de Brasil
Experiencia
8 años de experiencia en pruebas, capacitaciones y soporte técnico
Formación
Ingeniero Electricista por la Universidad Federal de Juiz de Fora - UFJF (2007-2011)
Posgraduación en Protección de Sistemas Eléctricos por la Universidad Cruzeiro do Sul (2014-2015)
Posgraduación en curso de Cyber Seguridad por Instituto Daryus
Contacto
QR Code LinkedIn :
Información de la sesión
Los micrófonos estarán desactivados para todos durantela presentación, y se podrán activar al final para el networking.
Preguntas y respuestas (Q&A/P&R)
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3
Pruebas de protección y localización de fallas a través de Ondas ViajerasJoão Jorge
Agenda
IEDs y Tecnologías Relacionadas
Requisitos previos para las pruebas de TW
Solución OMICRON para pruebas de TW
Metodología para las pruebas de TW
Demostración en Vivo
Material Disponible
Conclusiones
IEDs y Tecnologías Relacionadas
Relés Basados en Fasores
Sin algoritmos subcíclicos especiales, requieren al menos un ciclo de datos en el dominio del tiempo para calcular los fasores
Velocidad de operación limitada a 1,5 ciclos en promedio
Susceptible a errores de TPs y TCs
De los datos del dominio del tiempo, DFT se realiza para los módulos RMS y ángulos para cada canal
IEDs Basados en Fasores
Una vez calculados los fasores, se realizan cálculos de disparo para cada elemento de protección, y la decisión de Trip o No Trip se toma para cada función de protección
Estos tipos de IEDs se llaman “De Operación en el Dominio de la Frecuencia"
IEDs de Dominio del Tiempo
Operan en el Dominio del TiempoLos fasores no son necesarios, no hay necesidad de procesar un ciclo de datos
Operación extremadamente rápida
Ubicación de fallas extremadamente precisa
No son un nuevo conceptoUbicación de las fallas basadas en Ondas Viajeras se remontan al año:
Background sobre Ondas Viajeras
Cada falla en una línea o cualquier otra perturbación genera pulsos de Ondas Viajeras
Pendiente de voltaje abrupta genera TWs de corriente y voltaje
Se propagan desde el punto de falla a una velocidad cercana a la velocidad de la luz
Es el primer indicio de falla que llega al sistema de protección
En discontinuidades 𝑍𝑊1 ≠ 𝑍𝑊2 , los pulsos se reflejan
Background sobre Ondas Viajeras
Las Ondas Viajeras “caminan” junto con ondas de 60/50 Hz
Background sobre Ondas Viajeras
Señales de Ondas Viajeras
Tiempo de subida de pulso muy pequeño (por debajo de 1us)
Duración del pulso demasiado corta (rango de us)
Propagación ultrarrápida 1ns = 1feet
TW-V y TW-I tienen polaridades específicas dependiendo de la falta*
Background sobre Ondas Viajeras
Diagrama de Bewley
Incisión de la falla
TW llega al extremo más cercano
TW llega al extremo más lejano
Background sobre Ondas Viajeras
Puntos Clave:Los IEDs de Dominio del Tiempo generalmente se instalan adicionalmente, no en lugar de la protección de línea tradicional
Ventajas Claras:Disparos de alta velocidad
Alta precisión para la ubicación de fallas, incluso para líneas no homogéneas
Inmune a la inexactitud de los TCs
Puntos a tener en cuenta: Se basa en la infraestructura de fibra para un mejor desempeño
Los TWs también se crean para eventos que no son fallas
Discontinuidades en el circuito
Requisitos previos para las pruebas de TW
Dominio del Tiempo frente a Dominio de la Frecuencia
Algoritmos de Dominio de la FrecuenciaFiltros Pasa Banda para obtención de fasores
Operación lenta
Funciona con señales de prueba simplificados
Algoritmos de Dominio del TiempoFiltrado de Banda Larga
Operación muy rápida
Requisito #1 :
Poder probar a través de señales dentro de un
espectro de frecuencias efectivo
Valores Incrementales
Basado enTeorema de Thévenin y
Superposición
Circuito eléctrico dividido en:Pre-Falla y
Falla
Requisito #2:
Transición correcta entre Pre-Falla y Falla
IPRE
VS VR
ZR(1 – m)ZLmZLZS
DI
ZR(1 – m)ZLmZLZS
+
DVF
I = IPRE + DI
VSVR
ZR(1 – m)ZLmZLZS
=
Prefault Network
Load V and I
Fault Network
Pure Fault V and I
Faulted Network
Load and Fault V and I
DVDV
V = VPRE
+ DV
VPRE
VFVF
Ondas Viajeras (TW)
Falta en la línea genera TW(cuando el ángulo de inserción es de ≠ 0° o 180º)
TW se propaga cerca de la velocidad de la luz
Pulso total en un rango de unos pocos microsegundos
En discontinuidades, los pulsos se reflejan
Requisito #3:
Pulsos TW (Espectro de MHz)
Traveling Wave
transmitted
reflected
incident
Método End-to-End y de Un Terminal (double/single ended)
Método End-to-EndBasado en la llegada del primer Pulso de TW (inmune a las reflexiones)
Evalúa el tiempo de llegada y la polaridad de los pulsos
Depende del delay de propagación de la onda de línea
La precisión del tiempo es vital porque cada 1μs de inexactitud = 300m de error de ubicación
Requisito #4: Pulsos sincronizados con
precisión y con polaridad controlable
1𝑚 = 𝑙 + 𝑡𝐿 − 𝑡𝑅 𝑣
2
Método End-to-End y de Un Terminal (double/single ended)
Método de Un TerminalLas reflexiones de otras discontinuidades necesitan ser detectadas
m
tL1
tL2
𝑚 =𝑡𝐿2 − 𝑡𝐿1 𝑣
2
Requisito #4: Pulsos sincronizados con
precisión y con polaridad controlable
Onda Viajera Direccional
Compara la polaridad de los pulsos de TW de Corriente y de Voltaje
Aceleración de disparos es posible a través del esquema permisivo POTT
Requisito #5:
Pulsos TW de Corriente y de Voltaje
(a)
Voltage TW
(b)
t
Current TWt
Integrated
Torque
t
TW32t
A Few
Tens of ms
Voltage TWt
Current TWt
Integrated
Torque
t
TW32t
+ +
+
–
–ò VTW • ITW –ò VTW • ITW
Resumen de los requisitos para unaPrueba Realista de Ondas Viajeras
Señales convencionales realistas1. Transición realista de la falla
2. Amplio espectro de frecuencias (kHz)
Pulsos de TW1. Sincronizados con precisión
2. Polaridad Controlable
3. Pulso rápido (tiempo de subida por debajo de 1μs)
4. Pulsos de Corriente y Voltaje
5. Dos pulsos de Corriente consecutivos (Reflexión de pulsos TW para soluciones de un terminal)
Solución OMICRON para pruebas de TW
TWX1 - Accesorio inyector de TW - Vista frontal
Salida de Voltaje
Compatibilidad
Salida de Corriente
Primer / Segundo Pulso
Amplitud
4V / 2V
Rise-time
< 1 µs / < 1 µs
Primer / Segundo Pulso
Amplitud
4A / 2A
Rise-time
< 1 µs / < 1 µs
CMC 356 / 353 con placa de red NET 2
(CMC 256plus / CMC 430 con NET 2 más TWL1)
TWX1 - Accesorio Inyector de TW - Vista Trasera
Conexión a la CMC
Alimentación
Configuración y señales
de trigger de la CMC
Nota: Otras conexiones están presentes para uso futuro
Solución de prueba realista OMICRON
Modelado del sistema eléctrico con RelaySimTest
Elija la falla que deseas para ejecutar
Ejecutar la prueba
Simulación de transitorios (10 kHz) Pulsos de TW
Trigger
Inyector de TW
Relé TW
1
2
3
Conexiones: Accesorio TWX1Teorema de superposición en la práctica
Cables trenzados para
minimizar la capacitancia
del cable y el efecto
antena
Conexiones: Accesorio TWX1 + TWL1Teorema de superposición en la práctica
TWL1 solo es requerido
para CMC430 o
CMC256 Plus
Accesorios extras para sincronismo de tiempo
TICRO 100PTP time converter to IRIG-B and PPS
PTP GPSCMGPS 588
OTMC-100p
TWX1Principios de Funcionamiento
Para cada TP/TC, se simula el primer pulso de TW, y el tiempo de propagación de la falla hasta el TP/TC se calcula a través de la ruta más corta de la topología, teniendo en cuenta el tiempo de propagación de la línea.
La primera reflexión se simula sólo para los pulsos de TW de corriente con la mitad de la amplitud del primer pulso. No hay reflexión para los pulsos de TW de voltaje.
La polaridad de los pulsos de TW de voltaje depende del ángulo de inserción y del tipo de falla. Si la falla ocurre dentro del semiciclo positivo de la voltaje, el pulso de TW es negativo, de lo contrario será positivo.
La polaridad de los pulsos de TW de corriente depende de la dirección de donde provienen los pulsos de TW (falla interna/externa), ángulo de inserción y polaridad del TC.
TWX1Principios de Funcionamiento
Para fallas monofásicas los pulsos de TW se simulan para la fase bajo falla y, adicionalmente, pulsos de TW con polaridad inversa y la mitad de la amplitud se simulan en las fases sanas (para simular el acoplamiento mutuo de TWs).
Para fallas LL e LLN, los pulsos de TW se simulan sólo para las fases bajo falla. Para fallas LLL y LLLN cada fase se considera por separado, y los pulsos se simulan para todas las fases, donde la polaridad se determina individualmente dependiendo del ángulo de inserción.
Para una falla fuera de la línea protegida, los pulsos de TW se simulan como si estuvieran entrando en la línea, y se simula un segundo pulso de TW con la mitad de la amplitud como si estuvieras saliendo de la línea, pero en el TC/TP en el lado opuesto.
TWX1Resumen de la solución de prueba
TWX1 para probar los IEDs basados en el Dominio del Tiempo y en Ondas Viajeras
Es posible realizar pruebas integradas para todos los elementos de protección del SEL-T400L/T401L combinando TW con componentes de 60 Hz
Pruebas End-to-End con dos (o más) CMCs sincronizadas
Pruebas de fallas internos (Trips) y externas (línea anterior/posterior y paralela)
Simulación de TWs para el pulso inicial y reflejado
Polaridad de pulsos TW controladas automáticamente por el software de prueba
Posibilidad de simular fallas en cualquier ubicación de la topología con diferentes tipos de fallas, ángulo de inserción, resistencia de falla
Metodología para las pruebas de TW
Software RelaySimTest
Basado en el modelo del Sistema Eléctrico y no en el relé
Simulación transitoria y TW
Importante para TW: Control del ángulo de falla
1.
Control simultáneo de múltiples equipos de prueba desde un solo PC
2.
3. PCALIDAD
Prueba totalmente automatizada
Un único informe
Ahorro de tiempo!
Software RelaySimTest: Pruebas Distribuidas
37
Control de toda
la aplicación a
través de un
único PC
Conexión y control directo a través de
Ethernet o a través de la Nube
Aplicaciones
"esclavas"
a través de
proxyAplicación
Principal
A B C
Software RelaySimTest: Pruebas distribuidas con TW
Controlar la
prueba desde
un solo
equipo
Conexión y control a través
de Internet o Ethernet directa
Aplicación
Remota
Aplicación
Principal
A B
Software RelaySimTest: Opciones de Conexión
Ejemplo de configuración de laboratorio con multiples CMCs:
1. RelaySimTest
2. Switch PTP transparente
3. CMCs conectadas
Ejemplo de configuración en campo mediante conexión Ethernet
directa:
1. RelaySimTest
2. Enrutador
3. Switch
Software RelaySimTest: Opciones de Conexión
Ejemplo de configuración en campo mediante conexión a la
Nube:
1. RelaySimTest Principal
2. Internet
3. PC ejecutando RelaySimTest Remote Agent
(El acceso a Internet puede ser a través de hotspot portátil o
anclaje / enrutamiento de un celular)
Ejemplo de configuración en campo mediante Trigger Manual:
1. Operación RelaySimTest en cada extremo como si fuera una prueba
End-to-End convencional
Software RelaySimTest: Opciones de Conexión
Ejemplo de pruebas en campo
(en un extremo)
Demostración en Vivo
Setup de Demostración
Setup de Demostración
Setup de Demostración
Setup de Demostración - Modelo RelaySimTest
Longitud de la línea: 100km
Tiempo de propagación TW en la línea: 340us
RTC: 1kA/5A
RTP: 230kV/115V
Trips Monofásicos Habilitados
Ejemplo: Falta en la línea protegida
Simulación de los primeros TWs en ambos extremos (polaridad hacia adelante)
Diferencia de tiempo según la ubicación de la falla < delay de propagación de la línea
Simulación de la primera reflexión de TWs en la ubicación de la falla en dirección hacia ambos extremos (forward polarity) – utilizado para el localizador de fallas single-ended
Las polaridades de TW son de acuerdo con el ángulo de inserción de la falla: +90° y -90°
Falla BN en la Línea Protegida 35%
Falla BN en la Línea Protegida 35% - Diagrama de Bewley
Falla AC en la Línea Protegida (20%)
Ejemplo: Falla Externa
Simulación del pulso externo de TW entrar en la línea (polaridad inversa) y el pulso de salida de TW en el extremo opuesto (polaridad forward) – diferencia de tiempo = tiempo de propagación de la línea
Simula la primer reflexión de TW entrar en la línea (polaridad inversa)
No hay reflexión en el extremo opuesto de la línea
Ejemplo: Falla Externa
Ejemplo: Falla Externa
Ejemplo: Falla en la Línea Paralela
Simulación de pulsos de TW entrando en la línea (polaridad inversa) para ambos extremos
Simulación de pulsos TW que salen de la línea para ambos extremos después del tiempo de propagación de la línea (polaridad forward) – diferencia de tiempo = tiempo de propagación de la línea
La primera reflexión no se simula
Ejemplo: Falla en la Línea Paralela
Ejemplo: Falla en la Línea Paralela
Tiempos de Disparo Típicos
Evaluaciones automáticas realizadas por RelaySimTest basadas en criterios de evaluación definidos por el usuario:
Tiempos de Disparo Típicos
Fallas Monofásicas
Fallas Bifásicas y Trifásicas
Tiempos de Disparo Típicos
Fallas con ángulo de incidencia 0º o 180º
Las fallas poco probables, que ocurren exactamente en el cruce de voltaje cero, no causan pulsos de onda viajera. Hay ondas viajeras simuladas para el ángulo de partida de falta de 0 ° o 180 °.
El disparo se espera en ambos extremos a través del algoritmo TD (tiempo ligeramente mayor que TW) y la ubicación de la falla a través del algoritmo de impedancia Z (menos preciso que a través de TW).
Tiempos de Disparo Típicos (ángulo de incidencia 0º o 180º)
Buenas prácticas
Incluso con toda la automatización y la posibilidad de ejecutar casos de prueba secuenciales ofrecidos por RelaySimTest, los IEDs y registradores de falla tienen el límite de necesitar de un cierto tiempo de grabación para las oscilografías de alta frecuencia
A continuación, al ejecutar una secuencia de prueba, se recomienda programar un tiempo de espera automático entre la ejecución de un caso de prueba y otro
En los ejemplos de la siguiente demostración, fueron usados 45s de intervalo
Material Disponible
Material y Templates/Plantillas para Pruebas
YouTube
(haga clic en la imagen para ver)
Template/Plantilla de RelaySimTest para líneas con pruebas TW
PTL para pruebas de TD (SEL T400L & T401L)
Lea el manual en PDF de esta PTL
Nota de aplicación en PDF para probar TW
Paso a Paso
Como medir el tiempo de propagación de TW en una línea (YouTube SEL)
Conclusiones
La prueba de inyección analógica considera el procesamiento A/D de los Relés, en oposición a una función de replay
No hay necesidad de utilizar el Test Mode de los Relés, canales especiales para TW en los Relés, o cualquier otro tipo de manipulación en el equipo de prueba
La alta precisión de sincronización de tiempo es fundamental para las pruebas
Solución comparable a los simuladores de tiempo real, pero con costo más bajo y optimizado para pruebas de puesta en marcha
La primera solución del mundo portátil y fácil de usar para las pruebas de IEDs de TW
Prueba la ubicación de fallas y la protección al mismo tiempo
No es necesario cambiar las conexiones durante las pruebas
No es un prototipo
Solución simple, práctica y adecuada para probar relés con algoritmos Incrementales y de Onda Viajeras, cumpliendo los requisitos para pruebas realistas
Instrucciones para el Networking
Podrá hacer sus contribuciones:
Encuesta
Encendiendo cámara y micrófono A través del chat
