INTRODUCCIÓN
En las instalaciones de los grupos electrógenos Fuel de Moa se presentaron varios disparos incorrectos de las protecciones de porcentaje diferencial de los generadores cuando se intentaban energizar los transformadores de salida de las baterías de generación. En los generadores sincrónicos no se presentan los problemas comunes de estas protecciones diferenciales como en los transformadores de potencia [1] los cuales son: la no compensación de las corrientes en régimen nominal, ni los problemas de las corrientes de Inrush en uno de los extremos, el cambio de TAPs, entre otros, como. Estos disparos incorrectos provocaban la desconexión total de la planta.
En nuestro país no se había presentado un problema similar en ninguna otra planta de generación ni en otras instalaciones de las redes eléctricas que pudieran ayudar en la solución. Se sabía que las operaciones eran incorrectas porque en los disparos no estaban relacionados con cortocircuitos o alguna otra falla sino con las corrientes de inrush que son fenómenos normales.
MÉTODO
Se
utilizó un equipo de pruebas primarias Raptor (SMC). Se analizaron las formas
de ondas de disparos ocurridos anteriormente, las curvas de magnetización de
los transformadores de corrientes y el ajuste de los relés de porcentaje
diferencial existentes en la instalación. Se simuló la instalación de
generadores en forma de baterías que conectan a varios generadores en una barra
común. En este caso las corrientes de Inrush de los transformadores de potencia
se dividirán en los generadores incidiendo de manera muy moderada en la
operación de las protecciones de porcentaje diferencial. Luego
las corrientes de Inrush de cada batería son divididas por cada uno de los
generadores conectados a una misma batería. Finalmente se modeló el comportamiento de los
transformadores de corrientes y la protección diferencial en uno de los
generadores para determinar su operación para estos regímenes de operación
normal de energización de un transformador.
RESULTADOS
Las corrientes de Inrush que se producen en por la energización de un transformador interno de una de las baterías se divide entre los restantes transformadores de las restantes baterías y el sistema de potencia que está conectado a la planta (figura 1).
Figura
1.
Esquema simplificado
en Power Factory de las instalaciones donde las corrientes de Inrush inciden de
manera moderada en las protecciones diferenciales.
En las simulaciones se pudo observar que durante las operaciones de energización de los transformadores no se producen grandes cambios en las corrientes de las fases de los generadores y como a medida que existen más generadores conectados menos será el impacto en las corrientes de las fases de los generadores.
Al realizar las pruebas de magnetización [2][3] a los transformadores de corrientes (TCs) utilizados se obtuvo que los del lado del neutro no son similares a los TCs del lado terminal que es la sugerencia del estándar IEEE.C37.102.1995. Las corrientes de Inrush con elevadas componentes de directa provocan corrientes diferenciales elevadas que son las causas de los disparos incorrectos debido a los errores de los TCs.
En la Figura 2 se observa que en los TCs actualmente instalados y en los TCs ideales el comportamiento de las corrientes diferenciales es muy diferente. En el caso de los TCs instalados aparecen componentes de directa en la corriente diferencial que puede ser muy elevadas [4][5].
Figura 2. a)
Comportamiento de
las componentes RMS en la corriente diferencial con y sin TCs diferentes.
Con
los TCs actualmente instalados
Figura 2. b)
Comportamiento de
las componentes RMS en la corriente diferencial con y sin TCs diferentes.
Con
TCs ideales y cargas diferentes
En la Figura 2a se observa que con los
TCs diferentes, los errores o corrientes diferenciales alcanzan valores más de
10 veces los valores de errores durante los regímenes normales. En la Figura 2b
se observa que empleando TCs idénticos con cargas diferentes los errores en las
corrientes son mucho menores.
DISCUSIÓN
Y CONCLUSIONES
La causa de la aparición de las corrientes que provocaban el disparo incorrecto de las protecciones diferenciales es que las características de los transformadores de corrientes no son similares, incumpliéndose las normas internacionales. El dispositivo SYMAP de protección está utilizando el valor RMS de la señal diferencial lo que lo hace vulnerable a las corrientes de Inrush que son muy contaminadas por armónicos. Un procesamiento matemático que permita el trabajo con la componente fundamental de la corriente diferencial se debe utilizar en los relés diferenciales para los generadores.
FUENTES DE FINANCIAMIENTO
Estos trabajos fueron financiados por la Unión Nacional eléctrica y le Termo eléctrica Lidio Ramón Pérez de Felton.
DECLARACIÓN DE CONFLICTO DE INTERÉS
Los autores declaran que no existen conflictos de intereses.
APORTE DEL ARTÍCULO EN LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
Las protecciones de diferenciales porcentaje diferencial es uno de los métodos de protecciones más estables y seguros, pero se demostró que se pueden presentar dificultades cuando se trata de fenómenos eléctricos no lineales donde no se incrementan las corrientes de las fases de los generadores. Se demuestra la necesidad de utilizar transformadores de corrientes con características de magnetización muy similares.
DECLARACIÓN DE CONTRIBUCIÓN DE CADA AUTOR
Orlys E. Torres Breffe. Realización de las pruebas, análisis de los datos y diseño de la investigación. Desarrollo de la modelación y la simulación. Redacción de la publicación.
Yetsy Silva, Alberto García, José M. Veliz: Realización de las pruebas y análisis de los datos.
Lenyer Padrón. Análisis de datos. Redacción de la publicación.
NOTA BIOGRÁFICA
Orlys Ernesto Torres Breffe. ORCID iD https://orcid.org/0000-0001-7781-2611 Es investigador de la Universidad Tecnológica de la Habana. Obtuvo su ingeniería en electricidad en 1995, tiene una maestría en 1999 y un doctorado en ciencias técnicas en 2005. Su línea de investigación es en las protecciones eléctricas, la estabilidad de los sistemas eléctricos de potencia y la calidad de la energía. Actualmente es investigador/docente en la Universidad Tecnológica de La Habana, Cuba.
Yetsy Silva Cala. ORCID iD https://orcid.org/0000-0002-7577-1171 Es investigador de la Universidad de Moa. Obtuvo su ingeniería en electricidad en 2011, tiene una maestría en 2018. Su línea de investigación es en Calidad de la energía eléctrica. Actualmente es investigador/docente en la universidad de Moa, de la ciudad Moa, provincia de Holguín, Cuba.
José Miguel Veliz Isla. ORCID iD https://orcid.org/0000-0002-2501-5693 Es profesor e investigador de la Universidad de Moa. Obtuvo su ingeniería en electricidad en 2016. Su línea de investigación es en el control de las máquinas eléctricas. Actualmente es investigador/docente en la universidad de Moa, provincia de Holguín, Cuba.
Alberto García Labrada. ORCID iD https://orcid.org/0000-0002-3990-7019 Es profesor e investigador de la Universidad de Moa. Obtuvo su ingeniería en electricidad en 2016. Su línea de investigación es en los sistemas eléctricos de potencia con penetración de energía renovable. Actualmente es investigador/docente en la universidad de Moa, provincia de Holguín, Cuba.
Lenyer Padrón Suárez. ORCID iD https://orcid.org/0000-0001-5127-3971 Especialista en Protecciones eléctricas de la Empresa de Fuentes Renovables de Energía. Obtuvo el título de ingeniero Eléctrico en 2015. Actualmente cursa la maestría en ingeniería eléctrica cuya línea de investigación es la aplicación de redes neuronales artificiales en las protecciones eléctricas.
Agradecimientos
Se agradece a la empresa que financió
los resultados por la oportunidad de realizar la investigación y confiar en estos
profesionales de múltiples universidades.
REFERENCIAS
[1] N. S. Buryanina, R. O. Gogolev, Y. F. Korolyuk, E. V. Lesnykh, y K. V. Suslov, «Digital Differential Protection of the “Generator-Transformer” Block», en 2019 International Science and Technology Conference «EastConf», 2019, pp. 1-4, doi: 10.1109/EastConf.2019.8725341.
[2] X. Lin y Z. Bo, «A novel CT saturation identification scheme for differential protection of generators», en 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2011, pp. 1-4, doi: 10.1109/PES.2011.6039056.
[3] F. Blánquez, R. Caballero, y E. Rebollo, Improvements to generator differential protection based on the criterion of signs of the DC-component. 2013.
[4] N. Fischer, D. Finney, y D. Taylor, «How to determine the effectiveness of generator differential protection», en 2014 67th Annual Conference for Protective Relay Engineers, 2014, pp. 408-420, doi: 10.1109/CPRE.2014.6799018.
[5] X. Qi, X. Yin, Z. Zhang, D. Chen, Y. Wang, y F. Cai, «Study on the Unusual Misoperation of Differential Protection During Transformer Energization and its Countermeasure», IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 31, n.o 5, pp. 1998-2007, oct. 2016, doi: 10.1109/TPWRD.2015.2499223.
