Algoritmo en tiempo real para la localización de fallas en líneas de transmisión

Abstract

RESUMEN: Las líneas de transmisión (LT) son uno de los elementos más importantes para transportar la energía eléctrica desde el punto de generación hasta el área de consumo. Las LT son los elementos con mayor longitud del sistema eléctrico de potencia y por tanto son los más expuestos a sufrir fallas. Algunas de las principales causas de falla en LT son: las descargas atmosféricas, la contaminación ambiental, las zonas boscosas o la caída de los conductores a tierra, entre otras. Tras la ocurrencia de una falla se requiere que ésta sea localizada rápidamente y con la mayor precisión posible para que los equipos de mantenimiento procedan a reparar la línea lo más pronto posible, reduciendo con esto el tiempo de interrupción de energía para los usuarios. Para este propósito, existen algoritmos para localizar el punto donde ocurre la falla en una LT, estos algoritmos están típicamente implementados en los relevadores de protección. En este trabajo, se desarrolla un algoritmo de localización de falla a partir del modelo de dos puertos en el dominio de la frecuencia. Se implementa la transformada numérica de Laplace (TNL) para convertir las señales del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia y se utiliza la matriz de vectores propios para desacoplar modalmente la LT multiconductora. Para la implementación en tiempo real del algoritmo en LT monofásicas de CA y bipolares de CD, se desarrolla el algoritmo de localización de fallas en el programa Code Composer Studio™ en C++ para posteriormente cargarlo en la tarjeta de desarrollo rápido de prototipos DT-9842 de Data Translation®. Este prototipo se conecta en lazo cerrado con un simulador en tiempo real de Opal-RT Technologies en donde se tiene un modelo de red eléctrica de prueba. El simulador envía señales de tensión y corriente de falla a los 8 canales analógicos de entrada del prototipo y en éste se realiza el proceso de localización de la falla. Una vez realizado esto, el prototipo envía la información de localización de la falla por medio de los canales analógicos de salida de vuelta al simulador Opal-RT, y por medio de una interfaz gráfica se puede visualizar la localización de falla dada en kilómetros. El modelo del algoritmo para LT trifásicas solo se implementa en C++, ya que por limitaciones del hardware no es posible realizarlo en tiempo real, ya que el algoritmo requiere señales síncronas de ambos extremos, en total 12 canales analógicos de entrada y el prototipo solo cuenta con 8 canales. Los resultados del algoritmo de localización de falla realizados en este trabajo presentan un error máximo de 3% en la localización de la falla con un tiempo de procesamiento de 0.095 segundos. ABSTRACT: The transmission lines (LT) are one of the most important elements for transporting electric power from the point of generation to the area of consumption. The LT are the elements with greater length of the electrical power system and therefore are the most exposed to faults. Some of the main causes of failure in LT are: atmospheric discharges, environmental pollution, wooded areas or the fall of conductors to land. After the occurrence of a fault it is required that it be located quickly and as accurately as possible so that the maintenance teams proceed to repair the line as soon as possible, thus reducing the time of power interruption for the users. For this purpose, there are algorithms to locate the point where the failure occurs in an LT, these algorithms are typically implemented in the protection relays. In this work, a fault location algorithm is developed from the model of two ports in the frequency domain. The numerical Laplace transform (NLT) is implemented to convert the time domain signals to the frequency domain and the eigenvector matrix is used to modally uncouple the multiconductor LT. For the real-time implementation of the algorithm in single-phase AC and CD bipolar LTs, the fault-finding algorithm is developed in the Code Composer Studio ™ program in C ++ and then loaded into the DT-9842 prototype rapid development card. Data Translation®. This prototype is connected in the loop with a real-time simulator from Opal-RT Technologies where there is a model of electrical test network. The simulator sends voltage and fault current signals to the 8 analog input channels of the prototype and in this the process of locating the fault is performed. Once this is done, the prototype sends the location information of the fault through the analog output channels back to the Opal-RT simulator, and through a graphical interface it is possible to visualize the fault location given in kilometers. The algorithm model for three-phase LT is only implemented in C ++, since due to hardware limitations it is not possible to do it in real time, since the algorithm requires synchronous signals from both ends, in total 12 analog channels of input and the prototype only counts with 8 channels. The results of the fault location algorithm performed in this work present a maximum error of 3% in the location of the fault with a processing time of 0.095 seconds.