Tesis
Aplicación de la protección de distancia a la condición fuera de paso en seps.
Fecha
2017-09-04Registro en:
Bernal Ruiz, Jaime. Aplicación de la protección de distancia a la condición fuera de paso en seps. Tesis (Maestría en Ciencias en Ingeniería eléctrica). Ciudad de México, Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Zacatenco. 2016. 182 p.
Autor
Bernal Ruiz, Jaime
Institución
Resumen
Un sistema de potencia en régimen estacionario opera dentro sus parámetros nominales de voltaje y frecuencia; existe un balance entre las potencias activa y reactiva generadas y las consumidas. Sin embargo, cualquier cambio en la potencia generada, potencia demandada o en el sistema mismo, produce cambios en su funcionamiento, ocasionando que el sistema oscile hasta que alcanza otro punto de equilibrio entre la generación y la carga. Estos cambios ocurren de forma permanente en los sistemas de potencia y son compensados mediante los sistemas de control. A medida que estas oscilaciones se incrementan con respecto al tiempo, puede llegar un momento en el cual el sistema no alcance un punto de equilibrio y por lo tanto uno o varios de
los generadores no pueden mantener el sincronismo (el paso) con el resto del grupo y salen de sincronía. Si estos generadores no son retirados del sistema por la acción rápida de las protecciones pueden presentar daños severos a las turbinas y demás componentes del generador.
El principal trabajo de las protecciones es detectar el tipo de oscilación presentada para poder ejercer alguna acción y minimizar el problema. La protección encargada de este trabajo es la protección de distancia, la cual a través de unidades supervisoras denominadas Blinders, mide en el plano de impedancia compleja la velocidad a la que la oscilación se acerca a la Zona de protección y determina si la oscilación es estable o inestable para ejercer la acción correspondiente de bloqueo o disparo. La determinación de la acción de bloqueo o disparo a realizar por el tipo de oscilaciones de potencia no es una tarea fácil para las protecciones, ya que una acción incorrecta puede en lugar de ayudar, afectar al sistema y ocasionar una salida no necesaria de equipos, particionado el sistema y ocasionando un problema mayor que puede
derivar en una salida en cascada de generadores y en un posible colapso de todo el sistema.
En esta tesis se presenta el modelado en PSCAD® de la protección de distancia aplicada a la condición fuera de paso, mediante la detección e identificación de oscilaciones de potencia estables e inestables generadas en un sistema de potencia de prueba con tres máquinas y nueve buses, en donde al aplicar una falla a la mitad de una línea de transmisión se provoca dicha condición de oscilación y por medio de relevadores de distancia instalados en los extremos de cada línea, se observa el comportamiento de las oscilaciones en todo el sistema y se ejecuta una
acción por cada relevador para el tipo de oscilación vista. Se presentan diferentes casos para el tiempo de liberación de la falla desde que el sistema es estable hasta que el tiempo de liberación de la falla sobrepasa el límite máximo de estado estable del sistema y se pierde un generador.
La detección de las oscilaciones de potencia, se realiza con un modelo de relevador de distancia compuesto por comparadores tipo MHO para la detección de fallas en las líneas de transmisión y comparadores cuadrilaterales para la detección de oscilaciones de potencia, en el cual se implementó una lógica de bloqueo y disparo por oscilaciones de potencia estables e inestables así como el disparo por fallas dentro en la línea, tomando como base una lógica de operación usada en relevadores comerciales.
ABSTRACT
A steady-state power system operates very close to its voltage and frequency nominal values; there is a balance between generated and consumed active and reactive powers. Any change in generated and demanded power or in system configuration itself may produce changes in its operating point, causing oscillations until system reaches another point of balance between generation and load. These changes are normal and occur permanently in power systems and these are compensated by control systems. As these oscillations increase with respect to time, there may be a situation in which the power system cannot reach a point of equilibrium, so one or more of the generators cannot maintain the synchronism (go out-of-step) with the rest of the group and run out of synchronism. If these generators are not removed from power system by rapid action of protections, they could present severe damages to their turbines and other of their
components.
The main goal of protections is to detect the type of oscillation presented in system and thus execute some action in order to minimize the problem. The suitable protection for this work is distance protection through use of supervisory units called Blinders. This logic measures in complex impedance plane, the speed at which the oscillation approaches the protection zone and determines if oscillation is stable or unstable in order to provide an action. This action may be the blocking or tripping of power switch to remove a line and depends on the type of power oscillations. An incorrect action of protection may instead of helping, affect the system and cause unnecessary equipment removal causing with this a major problem that might lead to a cascade tripping of generators and possible collapse of the entire system.
The work developed in this thesis presents the PSCAD® modeling of the distance protection applied to detection of the out-of-step condition in power system and the classification of stable and unstable power swings. Simulations are performed in a test 3 machines 9 buses power system where fault onset on a transmission line causes oscillation and distance relays installed at each line end of system may detect and identify the oscillation type. Study cases with different fault duration time are presented for the fault release time causing stable oscillation until fault release time exceeds the maximum steady state limit of the system and a generating unit is lost The detection of the power swing was done with a distance relay model integrated by MHO type
comparators for the detection of faults in the transmission lines and quadrilateral comparators for the detection of power oscillations, in which a logic of Blocking and tripping by stable and unstable power oscillations as well as a logic for fault tripping are included based on the logic used by some commercial relays.