protección diferencial de transformadores de potencia

Dr. Ernesto Vázquez Martínez, UANL

High Side Low Side

87T

51N

T

50/51

67

51Q

63

87R 50/51

67

87

With internal fault Id > 0 Trip

With external fault Id = 0 No trip

La protección diferencial de transformadores (87T) se utiliza para equipos con potencias mayores a 10 MVA. Es una protección muy confiable, pero puede operar en forma incorrecta en los siguientes casos: Corrientes de magnetización (inrush)

originadas por la conexión del transformador o por una situación de sobreexcitación en la red eléctrica.

Efecto de saturación de los transformadores de corriente durante un evento transitorio en la red.

0 1 2 3 4 5 6 7-50

0

50

100

150

200

250

300

Cycles

Prim

ary

Curr

ent

(Am

ps)

Main : Graphs

0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 ...

...

...

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

y (k

A)

isa I1i I1

I KI Iop ar ret op min

Iop min

Id

IRET

IOP

Energización

Cortocircuito

Sobreexcitación

Corrientes de inrush

opI

t t t

opI opII

Métodos de inhibición de la protección diferencial (retención por armónicas y reconocimiento de la forma de onda).

Modelación matemática del fenómeno de inrush.

Identificación de componentes de frecuencia.

Reconocimiento de patrones.

El método de Análisis de Componente Principal (ACP) es utilizado en estadística para el análisis de datos, y es equivalente a la maximización del contenido de la información en señales de salida con distribución gaussiana.

El objetivo es el determinar un conjunto de m vectores ortogonales en el espacio de datos p (p>m) que contengan la mayor información posible de la varianza.

0 5 10 15 20 25 30-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

PC1

PC

2

Sin CAE Con CAE

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-3

-2

-1

0

1

2

3

PC1

PC

2

0 5 10 15 20 25 30-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

#1 #2

100MVA

230kV 115kV

Control de

excitación

V(kV)Carga 3F

115 kV230 kV

X

X

87T

52 52

IH IX

IAB Iab

Control del 52

X

X

caCA

bcBC

abAB

acdif

cbdif

badif

dif

II

II

II

I

I

I

I

)(

)(

)(

X X

X X

X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Sistema de potencia

Cortocircuito Energización

Matriz de entrenamiento

340 simulaciones

generadas

Señales diferenciales

incrementales trifásicas

Idif

Combinación

Energización sin carga *

Energización con carga *

Energización con falla *

Falla * Sobreexcitación O

Reducción del voltaje del generador en un 50% □

-1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5Transformador -Y. CARGA NO LINEAL

Primera Componente Principal

Segunda C

om

ponente

Princip

al

Transformador 100 MVA, 230/115 kV, ∆ - Y Generador 50 MVA, Z = 10. Carga 8.058 + j2.025 MVA. Carga no lineal con THD = 27.2%. Sobreexcitación: 110%

( -0.2 , 0 ) Energización o Sobreexcitación.

( -0.07 , 0 ) Energización o Sobreexcitación.

( - ∞ , -0.07 ) Falla.

( - ∞ , -0.2 ) Falla.

2 DEVANADOS

3 DEVANADOS

El ACP reduce la complejidad del problema de discriminación.

Es posible realizar una correcta identificación de corrientes de inrush y falla.

Los criterios de discriminación son heurísticos.

La etapa de entrenamiento puede ser eliminada, simplificando la aplicación del ACP como base de una protección diferencial.

Dr. Ernesto Vázquez Martínez, UANL