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Analisis de la logica combinacional propuesta por ABB Suecia al ice para la puesta en marcha de la proteccion de distancia de la serie REL 670.

1. INTRODUCCION

A cerca de las caracteristicas de operacion importantes, de la proteccion de distancia ABB REL 670, es que sus ajustes se llevan a cabo con valores en secuencia cero y positiva. Ademas de que pueden venir totalmente "limpios", o sea, hay que programar la logica combinacional para las funciones a implementar en el rele, logica que ya viene programada desde fabrica en otros reles adquiridos por el ICE. Otra caracteristica adicional, es que los ajustes de la linea deben realizarse en valores primarios.

De esta manera, el ajuste asegura un mejor analisis y un menor tiempo de procesamiento, ya que los eventos de un sistema de potencia son fenomenos que se describen en secuencia, evitando de este modo tener que transformar las impedancias de fase en impedancias de secuencia para la comparacion de las variables reales con las ajustadas.

Para el diseno de la logica combinacional es necesario contar con el software de la compania ABB denominado CAP 531, el cual se instala conjuntamente con el software PCM 600, este ultimo es necesario para el ajuste de cada parametro de los bloques funcionales.

Proteccion de distancia

Antes de realizar la descripcion de la logica combinacional, se procede a realizar una resena de la operacion y funcionamiento de una proteccion de distancia, considerando ademas las funciones extras o bien complementarias de la funcion de impedancia.

La funcion de impedancia (ANSI 21) se suele utilizar para niveles de tension superior a los 110kV (niveles de tension superiores a este son utilizados para transmision de potencia, de modo que las impedancias no son afectadas por la conexion y desconexion de cargas). Su modo basico de operacion se basa en la medicion y evaluacion de la impedancia de corto circuito, la cual corresponde al cociente de la tension de la linea y la corriente que fluye por la misma, que en el caso tipico, es proporcional a la distancia de la falla. Esta impedancia medida se compara con el valor ajustado en el rele, de forma tal que si este valor medido es menor que el fijado se confirma que se trata de una falla dentro de la caracteristica del rele, este opera y envia la senal de disparo al interruptor.

En caso de una falla es de esperar que este valor de impedancia disminuya debido al efecto que produce la misma sobre la linea protegida. Esta disminucion ocasiona que los lazos de medicion de impedancia entren en las zonas protegidas del diagrama de impedancia, el cual se muestra en la Figura 1.

Debido a errores en la medicion de estos parametros, errores en los transformadores de medicion asi como en el valor del ajuste de impedancia de la linea, no es recomendable ajustar el alcance del rele al cien por ciento (100%) de la longitud de la linea, por lo que en muchos casos se emplea un margen de seguridad de diez o quince por ciento (10%-15%) de la longitud total (Quiros, 2008). Esto quiere decir que la primera zona se ajustara al ochenta y cinco o al noventa por ciento (85% - 90%) de la impedancia de primera zona, o sea, de la linea de transmision a proteger. El resto de la linea se protege con un paso de sobre alcance, y la segunda zona con escalonamiento en tiempos para asegurar selectividad (ICE, 2005).

El tiempo de disparo se suele ajustar a cero milisegundos (0 ms), para la primera zona (ICE, 2005). Sin embargo, con sistema de comunicacion entre los extremos de la linea la proteccion de distancia puede convertirse en una proteccion con esquema de comparacion con selectividad absoluta (ICE, 2005). Esto proporciona disparos rapidos y selectivos en el cien por ciento (100%) de la linea, similar a una proteccion diferencial de linea, pero con la ventaja que tambien es una proteccion de respaldo remoto para el sistema (ICE, 2005).

Tal y como se menciono anteriormente, las protecciones de distancia efectuan la medicion con base en la relacion entre el voltaje y la corriente que reciben de los transformadores de instrumento (transformadores de corriente (TC) y transformadores de tension (TP)), midiendo por lo tanto valores secundarios de impedancia en unidades de Ohm secundarios.

[FIGURA 1 OMITIR]

Dado que los ajustes del rele REL 670 son en Ohm primarios los valores de los parametros de pruebas tambien deben de ser primarios. Ademas, dado que el ICE ha utilizado valores secundarios en las protecciones adquiridas anteriormente es necesario emplear la Ecuacion (1) para determinar los parametros de ajuste en valores primarios.

[EXPRESION MATEMATICA IRREPRODUCIBLE EN ASCII] (1)

Donde:

[Z.sub.PRIM]: Impedancia de la linea.

[Z.sub.SEC]: Impedancia de la linea reflejada al secundario.

RTC: Relacion de transformacion del transformador de corriente.

RTP: Relacion de transformacion del transformador de potencial.

Hoy en dia, se suelen obtener protecciones que ademas de realizar la funcion de impedancia cuentan con funciones de respaldo contra sobrecorriente (ANSI 67). Estas incluyen ademas la funcion de recierre (ANSI 79), la cual es programable (monofasica o trifasica); y en el caso del SEN se ajusta un unico recierre ante fallas monofasicas. Otras funciones importantes son la deteccion de oscilaciones de potencia (ANSI 68) y los esquemas de teleproteccion (ANSI 85).

La funcion de impedancia tiene la opcion de operar con dos caracteristicas diferentes: Mho y la Cuadrilateral (ver Figura 1), siendo la primera muy poco utilizada en el pais debido a la poca flexibilidad en el ajuste de los parametros, dado que su ajuste describe un circulo cuyo diametro es el valor de la impedancia caracteristica (ICE, 2005). Al no ser homogenea a lo largo de la caracteristica de la linea, si se quiere aumentar el valor de la reactancia se afecta directamente el valor de la resistencia de arco o falla. Por su parte, la caracteristica cuadrilateral es la que se utiliza en el SEN, con ella se tiene la posibilidad de variar independientemente el valor de la parte real e imaginaria de la impedancia, obteniendo asi la posibilidad de ajustar cada eje por separado (ICE, 2005).

Estas protecciones de distancia, al igual que otras de su tipo, tienen la capacidad de seleccionar la direccion de la falla, de modo que posee la opcion de direccionalidad. Esta operacion tiene como objetivo determinar si una falla es hacia adelante (hacia el elemento a proteger) o bien hacia atras, o dado el caso se encuentra en zona no direccional.

Como se menciono anteriormente, la funcion de impedancia determina el valor de la impedancia de falla, la cual es proporcional a la distancia de la linea, de modo que ante una falla posee la funcion del localizador de fallas la cual tiene como objetivo determinar la distancia aproximada de la falla (Quiros, 2008).

Se observara mas adelante que cuenta tambien con la funcion de respaldo de sobrecorriente direccional (ANSI 67), esta funcion debe ser capaz de operar cuando se pierde la senal de tension.

Otra de las caracteristicas importantes es la opcion de traslapar la impedancia de carga, esto con el objetivo de aumentar el trasiego de potencia, de modo que se disminuye el valor de la resistencia de la linea y asi se obtiene una caracteristica operacional ideal mediante la opcion de discriminacion de carga (load encroachment).

Debido a errores en la medicion de los parametros de las lineas, errores en los transformadores de medida, en el calculo del valor de impedancia de la linea (ya que esta basado en calculos teoricos y no de medicion directa), entre otras, el rele no protege con la primera zona el cien por ciento (100%) de la linea, es por ello que la implementacion de una funcion que realice dicha proteccion es necesaria, para ello se cuenta con la teleproteccion, la cual tiene como objetivo enviar y recibir senales por parte del rele del otro extremo logrando asi una selectividad absoluta de la proteccion (Quiros, 2008).

Estadisticamente esta comprobado que la mayoria de las fallas (50% aproximadamente) (Billinton & Norman, 1996) son momentaneas, por lo que se hace necesario contar con una funcion que restablezca el sistema, esto se logra con la funcion de recierre (ANSI 79).

Una de las caracteristicas mas comunes en las lineas de transmision son las oscilaciones de potencia (ANSI 68) las cuales inducen errores de operacion de la funcion de impedancia, es por ello que se cuenta con la funcion de deteccion de oscilaciones de potencia, la cual bloquea la funcion de impedancia en caso de que se presente este fenomeno trifasico balanceado (Quiros, 2008).

Otra de las funciones importantes del rele es la capacidad de detectar la perdida de potencial, la cual opera cuando se detecta la presencia de tension de secuencia cero y no se detecta corriente de falla a tierra (Quiros, 2008). Esta operacion genera una alarma de falla en el circuito de medicion de voltaje, o bien perdida de potencial, la cual puede ser utilizada para bloquear y/o desbloquear funciones de proteccion de acuerdo a los requerimientos de tension (bloquea la funcion de impedancia y activa la funcion de sobrecorriente de respaldo).

Para finalizar, y dejando claro que estas son unas de las tantas funciones con las que cuenta proteccion de distancia ABB REL 670, se debe mencionar la funcion supervisora del sincronismo (ANSI 25), la cual no permite el cierre de la linea si esta detecta una diferencia en amplitud, frecuencia y angulo de fase respecto a los elementos que se desean interconectar (barra--linea, por ejemplo).

2. LOGICA COMBINACIONAL Y AJUSTES DE LA PROTECCION DE DISTANCIA ABB REL 670

A continuacion se describen de manera general los grupos funcionales de la logica combinacional propuesta por el personal de ABB Suecia, quienes disenaron dicha logica combinacional de manera tal que se ajustara a las necesidades del Sistema Electrico Nacional de Costa Rica. Para mayor detalle de dicha logica combinacional se recomienda la lectura del trabajo realizado por el autor Quiros (2008).

2.1 Grupo funcional de senales analogicas

Este grupo funcional tiene como objetivo convertir las senales analogicas, de corriente y tension, en senales digitales para ser utilizadas por la logica combinacional del REL 670. Los bloques funcionales utilizados en dicho grupo funcional cuentan con la opcion de emitir senales individuales de cada fasor, de corriente o tension, de igual manera cuenta con la opcion de emitir una sola senal que combina los tres fasores en una sola variable. El nombre con el que se identifican estos bloques en la logica combinacional es SMAI y su configuracion se lleva a cabo en la herramienta de matriz de senales.

Entre los ajustes mas importantes a realizar para este bloque se encuentra la seleccion del tipo de medicion, ya sea, fase a fase o bien de fase a tierra.

[FIGURA 2 OMITIR]

2.2 Grupo funcional de la funcion de impedancia

Este grupo funcional contempla la operacion de la logica de impedancia, deteccion de oscilaciones de potencia, cierre en falla, localizador de fallas y finalmente la funcion deslizamiento polar.

La logica combinacional de algunas de estas funciones cuenta con compuertas logicas (AND y OR) que son utilizadas para condicionar operaciones o mezclar senales y emitir una unica senal.

Funcion de impedancia

Con respecto al grupo funcional de la funcion de impedancia se cuenta con tres bloques funcionales ZDRDIR, FDPSPDIS_21 y ZMQPDIS_21, juntos estos tres bloques llevan a cabo la operacion de la funcion de impedancia, de modo que el primero de estos determina la direccionalidad mediante el ajuste de los angulos necesarios para determinar la zona hacia adelante (ArgNegRes y ArgDir). En la Figura 2 se muestran los angulos a ser asignados mediante los ajustes mencionados anteriormente.

En cuanto al segundo bloque mencionado, se debe considerar que posee como caracteristica predefinida la no direccionalidad de las zonas. El objetivo de este bloque es seleccionar los lazos en falla indicando la seleccion del mismo con direccionalidad, dado que el bloque de direccionalidad envia su senal al de seleccion de fase. Para realizar esta seleccion se transponen los tres planos posibles de tipos de fallas (monofasicos, bifasicos y trifasicos), de modo que si el punto de falla en el plano de impedancia toca el plano correspondiente, se indica el arranque de los lazos correspondientes.

De los ajustes mas importantes, y que se detallan en las Figura 3, Figura 4 y Figura 5, son las reactancias de secuencia cero y positiva (X1, X0), asi como las resistencias de falla, tanto fase a fase como fase a tierra (RFFwPP, RFRvPP, RFFwPE, RFRvPE). Es importante mencionar que los ajustes del bloque funcional de seleccion de fase, deben ser ajustados con valores superiores a los de la zona de mayor alcance, esto para evitar que las zonas ajustadas con caracteristica direccional sean recogidas y se pierda la confiabilidad de la proteccion.

Ademas de estos ajustes, se debe considerar la opcion de operacion de una linea larga y cargada (parametros que dependen mucho de la configuracion de la red), para solventar esta necesidad se cuenta con la caracteristica de discriminacion de carga (load encroachment). Para ajustar esta propiedad se debe parametrizar las variables RLdFw, RLdRv y ArgLd. En la Figura 6 se muestra cada uno de las variables necesarias para ajustar dicha operacion de discriminacion de carga.

El tercer bloque funcional mencionado, el cual recopila informacion de los dos bloques anteriores para determinar la direccionalidad y el lazo en falla, tiene como objetivo la seleccion de la zona en falla de acuerdo al plano de impedancia disenado para cada bloque funcional y su respectiva zona. Estos bloques funcionales de cada zona de operacion son los encargados de realizar el disparo correspondiente de la zona de impedancia.

Los ajustes mas destacados en dichos bloques funcionales son las reactancias y resistencias de secuencia cero y positiva (X0, R0, X1, R1) y las resistencias de falla fase a fase y fase a tierra (RFPP y RFPE). Otro parametro a considerar es la operacion de las zonas de impedancia para fallas entre fases y para fallas monofasicas (OperationPP, OperationPE) asi como el tiempo de disparo de cada una de las zonas (tPP y tPE).

Una vez que los tres bloques han operado en el orden explicado, la indicacion de la zona en falla, asi como la seleccion del lazo con su respectiva direccionalidad se envian a los bloques respectivos, ya sea para disparo al interruptor, o bien para indicacion de eventos.

Deteccion de oscilacion de potencia

La funcion de oscilacion de potencia es utilizada por la logica combinacional disenada para determinar eventos simetricos de este tipo en la red. Cuando se detecta un evento de estos se envia una senal de bloqueo a las zonas de impedancia, de modo que no emitan un disparo erroneo. La operacion de deteccion de oscilaciones de potencia es utilizada, ademas, para enviar disparo a interruptores de modo tal que se aisle el sistema de manera que los flujos de potencia no afecten a toda la red.

[FIGURA 3 OMITIR]

[FIGURA 4 OMITIR]

[FIGURA 5 OMITIR]

[FIGURA 6 OMITIR]

En la Figura 7 se muestra los principales ajustes de dicho bloque funcional, dentro de los que destacan los bordes que determinan la razon de cambio de un lazo. Al determinar esta razon de cambio, se compara con la ajustada en los parametros de tiempo ajustados para dicho bloque funcional.

[FIGURA 7 OMITIR]

Funcion de cierre en falla

La funcion de cierre en falla (SOTF) es utilizada para solventar fallas durante el cierre del interruptor de linea, tal y como lo puede ser un error en los enclavamientos de la seccionadora a tierra. La logica combinacional cuenta con arranque por recierre o bien por comando de cierre manual. Ademas puede ser acelerado el disparo a partir del arranque de segunda zona o bien por el disparo de la funcion de sobrecorriente de fase con caracteristica instantanea, esto siempre y cuando se active la compuerta controlable GT03.

Estas compuertas controlables son interruptores logicos que habilitan o deshabilitan el paso de una senal. Los ajustes de dichas compuertas son: activadas o desactivadas. O sea, permite el paso de la senal o no permite el paso de esta. La funcion de esta compuerta GT03 en la funcion de cierre en falla se puede visualizar en la Figura 8. Tal y como se puede observar, la compuerta GT03 es simplemente una compuerta que habilita o deshabilita la funcion cierre en falla.

Tal como se observa en la Figura 9, los bloques funcionales GT cuentan con una unica entrada y una unica salida. La entrada es una senal digital (por ejemplo disparo al interruptor en la Figura 8) y su salida representa la misma senal habilitada o bien un "cero" digital cuando la compuerta se encuentra desactivada. Estas compuertas tienen un comportamiento similar al de un interruptor en sistemas de potencia, el cual permite el paso de la corriente electrica cuando el interruptor esta cerrado o bien no permite el paso de dicha corriente electrica cuando esta abierto.

Los ajustes mas importantes del bloque funcional ZCVPSOF son los umbrales de deteccion de falla, los cuales son tambien utilizados para detectar condicion de linea muerta. Otros de los ajustes son el tiempo durante el cual se sostiene la senal de disparo (tDuration), el tiempo durante el cual la funcion permanece activa (tSOTF) y finalmente el tiempo durante el cual se debe cumplir las condiciones de linea muerta para cumplir con esta caracteristica (tDLD).

Localizador de fallas

El localizador de fallas (FL) es una herramienta que facilita y agiliza las maniobras de mantenimiento. Esto debido a que permite la pronta ubicacion del punto de falla en el trayecto de la linea de transmision. El bloque funcional LMBRFLO es utilizado para realizar dicha operacion y las senales emitidas son enviadas directamente al registro del evento, en donde se indica la distancia en porcentaje y en unidades metricas de distancia (km, millas) dependiendo de la configuracion del software instalado en el rele.

[FIGURA 8 OMITIR]

[FIGURA 9 OMITIR]

Los ajustes mas importantes de dicho bloque funcional son las impedancias de secuencia cero y positiva de la linea de transmision, asi como la impedancia equivalente de cada una de las subestaciones a la cual interconecta ducha linea.

Funcion de deslizamiento del polo

La funcion de deslizamiento polar es generalmente utilizada en los generadores, donde la diferencia angular del rotor con el estator provoca la perdida de estabilidad.

Dado que las protecciones de distancia adquiridas por el ICE son para utilizar en lineas de transmision, dicha funcion no es necesaria.

2.3 Grupo funcional de la funcion de corriente en reversa y WEI, funcion de teleproteccion

Este segundo grupo funcional se utiliza para las funciones de conexion a un extremo debil y sobrecorriente en zona inversa, asi como para la funcion de teleproteccion, utilizada para aumentar la selectividad de la funcion de impedancia.

Ambas logicas combinacionales cuentan con compuertas logicas que permiten el envio y recepcion mediante tres canales independientes de comunicacion o bien por un unico canal, lo anterior se realiza con la compuerta controlable GT01.

Sobrecorriente en zona inversa y conexion a un extremo debil

La logica de la funcion WEI es utilizada para barras donde la carga es muy baja y las corrientes de cortocircuito son similares a las corrientes de carga. Su implementacion se lleva a cabo en la subestacion opuesta a la barra debil (en la barra fuerte), y se basa en la operacion de la primera zona de operacion. Por lo que el arranque de la segunda y quinta zona son utilizadas para bloquear el envio de la senal de disparo al extremo opuesto.

La deteccion de sobrecorriente en zona inversa, es utilizada para bloqueo de la funcion de teleproteccion explicada a continuacion. Esta funcion basa su operacion en el arranque de la quinta zona de impedancia.

Funcion de teleproteccion

Esta funcion es de suma importancia para aumentar la selectividad de la funcion de impedancia. De acuerdo a lo mencionado en la introduccion, los transformadores de potencial y de corriente introducen errores que afectan el alcance del 100% de la linea. Para lograr una total cobertura de la linea se implementa la funcion de teleproteccion, esto de acuerdo a los requerimientos del sistema y al esquema de teleproteccion seleccionado. Estos esquemas de teleproteccion son: permisivo de sobrealcance, permisivo de subalcance, bloqueo y desbloqueo (Quiros, 2008).

2.4 Grupo funcional de las funciones de sobrecorriente

El grupo funcional de sobrecorriente contempla funciones de operacion variada. Las funciones con las que cuenta la logica son: sobrecorriente de fase con caracteristica instantanea, sobrecorriente a tierra con caracteristica instantanea, sobrecorriente de fase con caracteristica inversa, sobrecorriente a tierra con caracteristica inversa, proteccion termica de sobrecarga y supervision de ruptura de conductor.

Inicialmente las protecciones de distancia deben utilizar las funciones de sobrecorriente como funciones de emergencia, sin embargo, se determino errores de programacion, dentro de las que destaca la activacion paralela de las funciones de impedancia y sobrecorriente conjuntamente.

De acuerdo a la solicitud y uso de las protecciones de distancia en el Instituto, la funcion de impedancia debe operar ante la presencia de tension y la funcion de sobrecorriente debe operar ante la perdida de tension. Para lograr la operacion de estas funciones, es necesario contar con la funcion de falla de fusible, la cual se analizara mas adelante. Al analizar la logica se pudo determinar un error de programacion, el cual consiste a que ambas funciones operan de manera paralela. En otras palabras, no se programo la funcion de emergencia de manera correcta.

Las funcion de sobrecorriente instantanea, de acuerdo a las solicitudes del ICE, seran utilizadas para provocar el arranque de la funcion cierre en falla. Posteriormente, las funciones con caracteristica inversa seran utilizadas como emergencia.

Los principales ajustes de las funciones de sobrecorriente, son: valores de arranque y disparo del umbral de corriente, tiempo para operacion de la funcion, en caso de ser inverso y por supuesto el ajuste de la caracteristica inversa, ya sea muy inversa, normalmente inversa y moderadamente inversa.

2.5 Grupo funcional de la funcion WEI y teleproteccion para sobrecorrientes a tierra

De acuerdo a los requerimientos del SEN y a las solicitudes del ICE, la funcion de teleproteccion es utilizada para aumentar la selectividad de la funcion de impedancia. Por ello, esta funcion no sera utilizada por el Instituto en el SEN. La aplicacion de estas funciones es similar a la mencionada para el grupo funcional explicada en la seccion 2.3.

2.6 Grupo funcional de las funciones de tension

Este grupo funcional cuenta con cuatro principales funciones a saber: falla de fusible, sobretension, subtension y perdida de tension.

Actualmente el ICE no hace uso de las funciones de tension como proteccion, unicamente se utiliza la funcion falla de fusible, esto para activar o desactivar las funciones de impedancia y sobrecorriente de emergencia.

La operacion de estas funciones se basa en la medicion de la tension de linea, con esta, determina los valores de secuencia, tanto cero como negativa, para comprobar el desbalance en la linea y asi comparar con los valores ajustados en el PCM 600.

Con respecto a la funcion de falla de fusible, esta es utilizada para determinar el disparo del termico de potencial, el cual a su vez envia la indicacion a las funciones de impedancia y de sobrecorriente de emergencia (sobrecorriente a tierra con caracteristica inversa).

Inicialmente la logica cuenta con un error de programacion en cuanto a las funciones de impedancia y sobrecorriente de emergencia, ya que ambas operan de manera conjunta cuando deberian de operar de manera complementaria.

La determinacion del disparo del termico de potencial se puede efectuar a partir de dos principios basicos. El primero consiste en una entrada binaria, la cual indica, a partir de un contacto externo al rele, la operacion del termico de potencial. El segundo, consiste en la medicion de las componentes de secuencia, cero y negativa, para determinar el desbalance de las fases y comparar con los valores ajustados para la operacion de la funcion.

2.7 Grupo funcional de la funcion de disparo al interruptor

El grupo funcional de disparo al interruptor consiste en dos operaciones relacionadas con el operar del interruptor. Principalmente se destacan: disparo al interruptor y determinacion de falla de canal de disparo.

En cuanto a la primera operacion, consiste en tres bloques funcionales. Los primeros dos bloques, que son iguales, llevan a cabo la recoleccion de las senales, las que van a disparar trifasicamente, asi como las que van a disparar cada fase individualmente.

Posteriormente, se cuenta con una logica que determina el estado del canal de disparo, esta logica es utilizada como alarma para comprobar el estado correcto del cable que se envia para disparo. Para activar esta operacion, es necesario activar la GT21.

2.8 Grupo funcional de las funciones de recierre y sincronismo

En este grupo funcional se encuentran las funciones encargadas de realizar el recierre (ANSI 79), asi como la supervision de sincronizacion (ANSI 85).

Inicialmente, la funcion de recierre cuenta con un bloque de preprocesamiento, el cual se encarga de agrupar en una compuerta logica (OR) todas las senales que permiten el arranque de un ciclo de recierre, en este mismo bloque se cuenta con un otra compuerta logica que agrupa las senales que bloquean el recierre de la linea.

Se debe recordar que el recierre es utilizado como medida de restablecimiento de la linea ante fallas monofasicas, esto en el caso de Costa Rica. Sin embargo, el bloque funcional de recierre cuenta con la opcion de realizar hasta cinco ciclos de recierre y con diferentes operaciones para el primer ciclo, mientras que los restantes ciclos son unicamente recierrestripolares debido al disparo tripolar.

Los principales ajustes del bloque funcional de recierre son: numero de ciclos de recierre y tiempo de cada ciclo.

En cuanto a bloque de supervision de sincronismo, el cual funciona tambien para sincronizacion de maquinas y supervision de energizacion de linea, cuenta unicamente con un bloque funcional que se basa en comparacion. El principio de operacion de estas funciones, es mediante la comparacion de los valores de diferencia de la linea respecto a barra. Estos valores son comparados con los ajustados en el PCM 600 y en caso de que los valores medidos se encuentren dentro de los ajustes de tension, angulo de fase y frecuencia, se envia indicacion de cierre sincronizado. Para habilitar esta funcion, es necesario el uso de las compuertas GT11 y GT12, tal como se muestra en la Figura 10. Estas compuertas, las cuales presentaron errores de programacion que fueron posteriormente modificados, son necesarias para esquemas de doble interruptor e interruptor y medio. Cuando GT11 esta en On se considera unicamente los contactos de posicion cerrado de las barras A y B. Si la compuerta GT11 se encuentra en Off la posicion de los contactos de abierto de los interruptores de las barras A y B son considerados. Cuando la compuerta GT12 se desactiva (Off) la posicion de interruptor cerrado, de las barras A y B es considerado en la logica, mientras que si esta se activa (On), la posicion de cerrado del interruptor no es necesaria, debido a que la logica siempre considera que se encuentran cerrados.

2.9 Grupo funcional de las funciones falla de interruptor y discrepancia de fases

Al analizar las funciones utilizadas para supervisar fallas en el interruptor se encuentra con las funciones ANSI 50BF y la ANSI 52PD. La primera funcion se activa una vez ejecutado un disparo, si transcurrido cierto tiempo t1 no se ha abierto el interruptor se cuenta con la opcion de ejecutar un segundo disparo a interruptor, o bien, si transcurrido un tiempo t2 no se ha logrado la apertura se envia un disparo a la barra en la cual la linea esta conectada. Como caracteristica importante es que estos tiempos son totalmente diferentes.

En cuanto al bloque funcional de discrepancia de fases, este basa su operacion en la medicion de los valores de secuencia, de modo que si en cierto momento se ejecuta un disparo monopolar, pero que no es restablecido al transcurir cierto tiempo, se envia disparo a las demas fases, evitando la operacion del sistema desbalanceado.

2.10 Grupo funcional para la medicion de senales analogicas

Todos los bloques mostrados en este apartado se relacionan con la medicion de las variables de potencia. Se cuenta con la posibilidad de monitorear las potencias del sistema, corrientes, tensiones, frecuencia, factor de potencia, entre otras. Estas mediciones son de gran importancia para cuando se realizan pruebas de coordinacion entre las protecciones y las unidades de control.

Todas las mediciones pueden ser supervisadas mediante cuatro limites ajustables: limite bajo-bajo, limite bajo, limite alto y limite alto-alto.

2.11 Grupo funcional para la unificacion de senales comunes

Esta logica se basa en la implementacion de compuertas analogicas OR. Tiene como objetivo agrupar todos los posibles disparos, arranques o distintas categorias por medio de una unica senal que combina varias condiciones.

[FIGURA 10 OMITIR]

2.12 Grupo funcional de entradas y salidas binarias

Estos bloques son utilizados para relacionar los puntos de conexion de las entradas y salidas del hardware del REL 670, con las variables logicas a ser utilizadas por el software CAP 531 y el PCM 600 mediante la asignacion de cada senal con la entrada y salida binaria.

2.13 Grupo funcional de las senales a registrar en un disturbio

Este grupo funcional es el encargado de realizar los registros de los eventos. Consiste en una serie de bloques que juntos logran obtener toda la informacion relacionada con un suceso en la linea.

2.14 Grupo funcional de senales a ser utilizadas en la logica combinacional

En este grupo funcional se ejecutan funciones comunes a todo el rele, tal y como lo son el cambio de opciones de ajuste, definicion de variables de estado en la logica, senales de errores propios del rele y operacion de la pantalla del rele y los LEDs.

3. conclusiones

De los resultados obtenidos se desprenden las siguientes conclusiones:

Para una correcta operacion de la funcion de impedancia todos los ajustes correspondientes a los bloques: ZDRDIR (selector de direccionalidad), FDPSPDIS_21 (selector de fase) y ZMQPDIS_21 (zonas de impedancia cuadrilateral) deben estar correctamente parametrizados.

El rele ABB REL 670 cuenta con un set de ajustes adicionales para la seleccion del lazo en falla, que no existen en otros reles de distancia. Una mala seleccion de los mismos influye en la rapidez de operacion, confiabilidad y selectividad de la proteccion.

La zona Z5 de impedancia debe ser estrictamente programada con direccionalidad hacia atras (zona inversa), en caso contrario se tendria una mala operacion de los esquemas de bloqueo y POTT.

En relacion a la funcion "cierre en falla", el rele ABB REL 670 cuenta con ajustes adicionales que no estan contemplados en otros reles de distancia. Ademas, existen diferencias significativas en los modos de deteccion de arranque y condiciones de disparo de este rele en comparacion con otros, siendo el rele ABB REL 670 el mas complicado en la parametrizacion, dado que debe contemplar no solamente los modos de operacion, sino que ademas debe haber una concordancia entredichos modos y la entrada programa en la entrada ZACC.

En caso de ser requerido mas de un recierre en la linea, la utilizacion de la senal AR01_CLOSECB tal y como esta programada en la funcion "cierre en falla" podria bloquear la ejecucion del ciclo completo de recierres.

Existe un error en la programacion del grupo funcional "CB_AR" que impide la ejecucion de la funcion cuando la compuerta GT11 esta desactiva y la compuerta GT12 esta activada.

La programacion entregada por ABB Suecia no permite que la funcion de sobrecorriente trabaje como respaldo de la funcion de impedancia ante la perdida de potencial, ni contempla el uso de contactos normalmente cerrados para la activacion de la alarma "perdida de potencial", tal y como lo requiere el Instituto Costarricense de Electricidad.

La funcion de "falla de interruptor" en el rele ABB REL 670 no contempla el criterio de posicion de interruptor para su operacion, ni la posibilidad de que los temporizadores de la primera y segunda etapa operen en forma secuencial.

El rele ABB REL 670 posee memoria de almacenamiento de eventos y oscilografias mucho mayor al ochocientos por ciento en comparacion con otros reles de distancia, ademas de que la informacion desplegada por el mismo es ajustable en la logica combinacional.

Recibido: 10 de Marzo del 2010 * Aprobado: 15 de Mayo del 2012

4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

ABB. Application Manual Line Distance Protection IED REL 670, Codigo: 1MRK506275UEN_-_TRM_REL670_1.1, Marzo 2007.

ABB. Technical Reference Manual Line Distance Protection IED REL 670, Codigo: 1MRK506278-UEN_-_AM_REL670_1.1, Marzo 2007.

Billinton, R. & Norman, A. (1996). Reliability Evaluation of Power Systems. New York: Plenum Press.

Jonsson, M. (2001). Line Protection and Power System Collapse. Technical Report No 393L, Department of Electric Power Engineering. Sweden: Chalmers University of Technology.

Lewis B. & L, Domin J. T. (2006). Protective Relaying Principles and Applications.Taylor & Francis Group.

Quiros, J. (2008). Puesta en marcha de la proteccion de impedancia ABB REL 670. Proyecto de graduacion para el grado de Bachillerato. Escuela de Ingenieria Electrica. Universidad de Costa Rica.

Stevenson, W.D. (1996). Power System Analysis. New York: McGraw-Hill.

ICE, Subcomite Sistemas de Proteccion. (2005)"Norma de Diseno de Sistemas de Proteccion para Subestaciones y Lineas de Transmision". San Jose: Instituto Costarricense de Electricidad.

NOMENCLATURA

ABB Asea-Brown-Boveri, Compania creadora de las protecciones de distancia REL 670.

ANSI Instituto Nacional Americano de Estandares, ANSI por sus siglas en ingles.

BF Falla de interruptor, BF por sus siglas en ingles.

BIM Modulo de entradas binarias, BIM por sus siglas en ingles.

BOM Modulo de salidas binarias, BOM por sus siglas en ingles.

CAP 531 Herramienta de configuracion y programacion de la compania ABB.

CB Circuito del interruptor, CB por sus siglas en ingles.

CENCE Centro Nacional de Control de Energia.

COMTRADE Formato estandar para exportar los archivos del rele de acuerdo a IEC 60255-24.

FL Localizador de fallas, FL por sus siglas en ingles.

ICE Instituto Costarricense de Electricidad.

IEC 61850 Estandar de comunicacion para la automatizacion de subestaciones.

IED Dispositivo de Inteligencia Electronica, IED por sus siglas en ingles.

PCM 600 Herramienta para configuracion de los reles ABB.

POTT Esquema de teleproteccion de sobrealcance permisivo, POTT por sus siglas en ingles.

SEN Sistema Electrico Nacional.

SMAI Matriz de senales para entradas analogicas, SMAI por sus siglas en ingles.

SOTF Cierre en falla, SOTF por sus siglas en ingles.

TC Transformador de corriente.

TP Transformador de potencial.

WEI Extremo remoto debil, WEI por sus siglas en ingles.

SOBRE EL AUTOR

Jairo Quiros Tortos

Profesor Interino. Departamento de Maquinas Electricas y Sistemas de Potencia, Escuela de Ingenieria Electrica, Universidad de Costa Rica. Su area de interes, son los sistemas de proteccion en alta tension. E-mail: jairoquirostortos@ieee.org
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Author:Quiros Tortos, Jairo
Publication:Ingenieria
Date:Jan 1, 2012
Words:6376
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