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1SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
FILOSOFIA DE PROTECCIONES EN LINEAS DE TRANSMISION MULTITERMINALES
Caso: Jusepin 115kV
Autores :
Pedro R. Jiménez G.José R. Castro C.Luis D. Pérez C.
2SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
•
OBJETIVOOBJETIVO
Proponer criterios que permitan estandarizar la coordinación y ajuste de las unidades de
protección de las líneas de transmisión multiterminales de PDVSA según la norma
IEEE C37.113 - 1999
3SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
Anzoátegui / Monagas
Pta. de Mata – Maturin-
Morichal
• 15 S/E’s Mayores
•250 km Líneas de Transm.
•972 km Líneas de Distrib.
Anaco-San Tomé-Jose-PLC
• 31 S/E’s Mayores
•1718 km Líneas de sub-Transm.
•2086 km Líneas de Distrib.
PDVSA OrientePDVSA OrientePDVSA OrientePDVSA Oriente
4SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
Líneas de Transmisión del Distrito Norte (13)
Líneas Multiterminales Jusepín II - Wilpro HP - Jusepín I Línea Furrial - Jusepín II Línea Furrial - Pirital Línea Furrial Amana Línea Amana - Jusepín II Línea Amana - Travieso Línea Muscar - Tejero Línea Travieso - Rebombeo I Línea Travieso - Sta. Barbara Línea Travieso - Tejero Línea Amana - Muscar
DIAGRAMA UNIFILAR DEL SISTEMA ELECTRICODIAGRAMA UNIFILAR DEL SISTEMA ELECTRICO
5SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
CLASIFICACION DE LINEAS DE TRANSMISIONCLASIFICACION DE LINEAS DE TRANSMISION
SIR: Source-to-line impedance ratio
Líneas Cortas ( SIR 4 )
Líneas Medias ( 0.5 < SIR < 4 )
Líneas Largas ( SIR 0.5 )
INFLUENCIA DEL SIR EN EL ESQUEMA DE PROTECCIÓNINFLUENCIA DEL SIR EN EL ESQUEMA DE PROTECCIÓN
Fuente: IEEE C37.113
6SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
CLASIFICACION DE LINEAS DE TRANSMISIONCLASIFICACION DE LINEAS DE TRANSMISION
Source Impedance Ratio (SIR) Source Impedance Ratio (SIR)
p.u. Linea
p.u. Source
XX
SIR
BASE
2BASE
LINEA
30CICLOS SYM CC
BASE
MVAv
)km/(X
MVAMVA
SIR
kmkmLINEALINEA
Ejercicio Académico
Línea 115kV MVABASE = 100 MVAX+
SOURCE = 0,062 p.u.( 1600 MVACC SYM 30CICLOS )X+
LINEA = 0,3584 /km
Llínea < 5.8 km SIR > 4 CORTA
Llínea > 45 km SIR < 0,5 LARGA
7SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
LINEAS CORTASLINEAS CORTAS
PROBLEMAS QUE SE PRESENTAN EN LÍNEAS CORTAS (SIR > 4)
Un SIR alto puede conllevar a tener corrientes y voltajes bajos si la alta
relación del SIR se debiera a una gran impedancia fuente más que una baja
impedancia de línea (Característica de Líneas Cortas). Esto puede generar
algunos problemas que comprometen la característica de operación del Relé,
entre estos problemas se encuentran:
Lenta velocidad de operación.
Operación en la dirección de reversa (IZ - V) si V > (IZ).
Incremento de los Errores de los TC’s y de los TP’s.
Problemas al establecer esquemas de Subalcance y Sobrealcance.
8SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
LINEAS CORTAS – FUENTE SELLINEAS CORTAS – FUENTE SEL
9SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
LINEAS CORTAS – FUENTE SELLINEAS CORTAS – FUENTE SEL
10SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
LINEAS CORTAS – FUENTE SELLINEAS CORTAS – FUENTE SEL
11SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
LINEAS CORTAS – FUENTE SELLINEAS CORTAS – FUENTE SEL
12SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
LINEAS CORTAS – FUENTE SELLINEAS CORTAS – FUENTE SEL
13SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
FUNCION 21
PROTECCIÓN DE LÍNEAS MEDIAS Y LARGASPROTECCIÓN DE LÍNEAS MEDIAS Y LARGAS
Ajuste 85% Zlinea
Retardo 0mseg. Ajustes de zona 1
Ajustes de zona 3
Ajuste La Menor condición de:
100%Zlinea+K2100%Zlinea menor-adyacente,
100%Zlinea+100%Zmenor Tx-adyacente
Retardo La Mayor condición de:
1000ms,
1.1(tdisparo51 al 100%Zmenor Tx-adyacente)+50ms+15ms+35ms
Ajuste La Menor condición de:
100%Zlinea+K250%Zlinea menor-adyacente,
100%Zlinea+50%Zmenor Tx-adyacente
Retardo La Mayor condición de:
250ms
1.1(tdisparo51 al 50%Zmenor Tx-adyacente)+50ms+15ms+35ms
Ajustes de zona 2
NO se recomiendapara líneas cortas
14SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
FACTOR “K”FACTOR “K”
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
IC
IAK =Efecto InfeedEfecto Infeed
ZVERDADERA = 2 (línea AB)
ZAPARENTE =(IA x ZA) + (IC x ZC)VA
IA IA
= = 3.0
S/E A S/E B
S/E C
IA = 0.5kAZA = 1.0
I B =
0.5
kA
IC = 1.0kAZC = 1.0
21/21NZ
B =
1.0
= 2
Sí Z1 AJUSTADA = 1.7 (85% de la línea AB)
15SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
FACTOR “K”FACTOR “K”
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
ZVERDADERA = 5 (línea AB)
ZAPARENTE =(IA x ZA) + (IC x ZC)VA
IA IA
= = 3
S/E A S/E B
S/E C
IA = 4.3kAZA = 1.0
IC = 2.16kAZC = 4.0
21/21N
ZB =
3.0
I B
= 2
.16k
A
Efecto OutfeedEfecto OutfeedIC
IAK = = 0.5
ZCB = 1.0
Sí Z1 AJUSTADA = 3.4 (85% de la línea AC)
16SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
Aplica cuando se utilizan Esquemas de Protección para detectar fallas en sentido reverso “Función de Bloqueo”.
ZONA INVERSA:
Ajustes de Impedancia
K1*100% (ZLÍNEA 2) + K1*50% (ZLÍNEA menor adyacente hacia atrás)
100% (ZTRANSF menor adyacente hacia atrás)
ZONA DE CARGA:
Establece las condiciones de Carga de la Línea
Ángulo de Carga:
Es el máximo ángulo de carga esperado para que el ajuste de la zona de protección no entre en la zona de carga.
Resistencia de Carga:
Líneas Cortas: Método de la Westinghouse Modificado (Ecuación de Balance de Estado):
I2*R+ Energía Insolación = Disipación Radiación +Disipación
Convección.
Líneas Medias y Largas: Criterio de “Máxima Potencia Transferida Vs. Calidad de Servicio”.
ESQUEMAS ESPECIALESESQUEMAS ESPECIALES
17SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
FUNCION 21
AJUSTESAJUSTESResistencia de Falla
V/ft 550 amp 1000 IV/ft 550Mason ohm I
L1804arcR
V/ft 440 amp 1000 IMason y esaplicacion de Guía ohm I1.4
L2667arcR
V/ft 440 100amp I Elmore ohm I
L1444arcR
La mayor de las siguientes:
ESQUEMAS ESPECIALESESQUEMAS ESPECIALES
Lógica de Weak Infeed ( ANSI 27 WI)
Vfalla 1 < Vweak infeed < Vmín sistema normal
18SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
PUTT (Disparo transferido en subalcance permisivo)
ESQUEMAS PILOTOSESQUEMAS PILOTOS
RU no debe sobrealcanzar el terminal remoto más corto y debe solapar el alcance RU del terminal remoto.
RO debe sobrealcanzar el terminal remoto de la línea.
Fuente: IEEE C37.113
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
F1 TripTrip
19SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
POTT (Disparo transferido en sobrealcance permisivo)
ESQUEMAS PILOTOSESQUEMAS PILOTOS
RO debe sobrealcanzar el terminal remoto de la línea
Fuente: IEEE C37.113
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
F1
TripTrip
20SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
PUTT (Disparo transferido en subalcance permisivo)
ESQUEMAS PILOTOSESQUEMAS PILOTOS
RU no debe sobrealcanzar el terminal remoto más corto y debe solapar el alcance RU del terminal remoto.
RO debe sobrealcanzar el terminal remoto de la línea.
Fuente: IEEE C37.113
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
F1TripTrip for TZ2
Cuando falla el canal de comunicación
21SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
POTT (Disparo transferido en sobrealcance permisivo)Cuando falla el canal de comunicación
ESQUEMAS PILOTOSESQUEMAS PILOTOS
RO debe sobrealcanzar el terminal remoto de la línea
Fuente: IEEE C37.113
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
F1
“0” Lógico “0” Lógico
NO TripNO TripTrip TZ2 Trip TZ2
22SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
CLASIFICACION DE LINEAS DE TRANSMISIONCLASIFICACION DE LINEAS DE TRANSMISION
ESQUEMAS DE PROTECCIONES Y CANALES ESQUEMAS DE PROTECCIONES Y CANALES DE COMUNICACIONESDE COMUNICACIONES
LINEAS CORTAS
Bloqueo decomparacióndireccional
Fibra óptica (FO), hilo piloto (PW),audio tonos hilo piloto (AT),portadora (PLC) microondas(MW),radio punto a punto (R)
Corriente diferencial FO, PW, AT, MW
Comparación de Fase FO, PW, AT, PLC, MW, R
POTT FO, PW, AT, PLC, MW, R
Distancia por etapas
LINEAS MEDIAS
Bloqueo de comparacióndireccional
AT, PLC, MW
PUTT FO, MWPOTT o desbloqueo FO, MW, PLCCorriente diferencial FO, PW, AT, MWComparación de Fase AT, PLC, MW
Sobrecorriente por etapas
Sobrecorriente de tiempoinverso
Distancia por etapas
LINEAS LARGAS
Comparación de Fase PLC, MWBloqueo de comparación
direccionalPLC, MW
PUTT, POTT, o desbloqueo AT, PLC, MW
Sobrecorriente por etapas
Fuente: IEEE C37.113
23SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
FUNCION 67N
AJUSTESAJUSTESCRITERIOSCRITERIOS
Idesb máx normal < Iajuste < Icc mín
3V0 (desb max normal) < 3V0 Ajuste < Vfalla 1
tzona 1 < tajuste < tzona 2
Angulo de torque máximo 115 kV
10 % IN
4 % VN
200 ms
70°
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
IAJUSTE
A1
Relé 1
&
&
Delay
Determinación direccional
Send
Receive
Relé 2
A2
&
&
IAJUSTEDelay
Determinación direccional
Send
Receive
24SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
FUNCION 87L
1 2 3
1
2
3
IHIN
Irestricción
IIN
Ioperación
0.2
4
Slope 1
Slope 2
AJUSTESAJUSTES
CRITERIOSCRITERIOS
20 % IN
Idesb máx (error TC’s) < Idiferencial disparo < Icc mín
Slope 1 (Pendiente característica)
Slope 2 (Pendiente característica)
50 %
100 %
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
25SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
GG
TX-3TX-3 TX-4TX-4
H-405H-405H-105H-105
D-480D-480
H-120H-120
D-380D-38033 44
D-220D-220
Y/Y/ Y/Y/
H-205H-205
H-405H-405
H-130H-130 H-705H-705 H-605H-605
H-505H-505
S/E JUSEPIN IIS/E JUSEPIN II
S/E JUSEPIN IS/E JUSEPIN I
FURRIALFURRIAL AMANAAMANA
H-205H-205 H-305H-305
RESERVARESERVA RESERVARESERVA
H-105H-105
SIEMENS21/21N
SIEMENS67N
SIEMENS21/21N
SIEMENS67N
IBCG67/67N
REL 31621/21N
REL 30121/21N
IBCG67/67N
S/E WILPRO MPS/E WILPRO MPS/E WILPRO HPS/E WILPRO HP
JUSEPIN JUSEPIN
CADAFECADAFE
H-105H-105
Esquema del Sistema de Protección Existente
LINEA JUSEPIN II - JUSEPIN I (LINEA CORTA)LINEA JUSEPIN II - JUSEPIN I (LINEA CORTA)
IBCG67/67N
26SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
Esquema de Protección Piloto para las Líneas cortas (SIR > 4)
5.5.3.6 POTT with echo and weak - infeed tripping
Los esquemas representan un balance de la seguridad del esquema POTT y la confiabilidad del esquema de bloqueo de comparación direccional.
LINEA JUSEPIN II - JUSEPIN ILINEA JUSEPIN II - JUSEPIN I
DATOS Jusepín II – Jusepín I
Jusepín II –Wilpro HP
Jusepín II –Wilpro MP
SIR 14.95 4.00 8.97
27SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
CALCULO DE LA CONTRIBUCIÓN DEL EFECTO INFEED PARA LA LINEA JUSEPIN II - JUSEPIN I A 115 kV, EXTREMO JUSEPIN I (contribución interna K1)
NOTA: Se escoge el mayor valor de K para que el alcance de la zona de operación no resulte disminuida para la peor condición.
CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEASCRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES PARA LINEAS
S/E JUSEPIN II115 kV
Nodo multiterminal
S/E JUSEPIN I 115 kV
S/E WILPRO HP / WILPRO MP
21/21N
G
M
IJUS II= 3509 84 IJUS I= 5423 84
IWLP= 474 84
IK =
IJUSEPIN II 115 kV=
IJUS II + IJUS I IJUS II
= 2.54 0
ZFALLA = 0.424 + j 1.736ZFALLA = 0.424 + j 1.736
IMPEDANCIA A LA FALLA
ZFALLA = 0.801 + j 3.292ZFALLA = 0.801 + j 3.292
IMPEDANCIA VISTA POR EL RELE
28SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
ESQUEMA WEAK INFEED Y ECHO DEL SISTEMA
29SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
LINEA JUSEPIN II - JUSEPIN ILINEA JUSEPIN II - JUSEPIN I
Línea Jusp II / Wilpro HP / Jusp IExtremo Jusepín II
Coordinación de DistanciaCoordinación de Distancia
Función de Distancia (21)
Medida R () X () Alcance R () T (mseg)
Zona 2 0,785 16,657 60,785 265
Zona 3 1,365 32,496 61,365 815
Zona inv. - 4,018 - 47,019 - 64,018 ---
Esquema de protección piloto Rcarga Angulocarga Vweak
POTT + Echo y Weak Infeed 93 50° ----
30SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
Conclusiones
• Las funciones admitidas para líneas cortas (SIR > 4) son
87L, 67N y 21, ambas con esquemas en sobrealcance
(bloqueo o POTT).
• Las funciones admitidas para líneas medias (0.5 < SIR < 4)
y largas (SIR0.5) son 87, 67N y 21 en esquema PUTT.
• La lógica Echo y weak infeed mejora la confiabilidad.
• Los ajustes de la Z2 y Z3 de la función 21 están sujetos a
las condiciones infeed y outfeed.
31SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
Recomendaciones
• Debe tomarse en cuenta el factor infeed y outfeed.• Implementar los esquemas de comunicación a través de
fibra óptica.• La lógica Weak Infeed debe ser provista en todos los
terminales que apliquen y la lógica Echo en todos los
terminales.• Los equipos deben ser de última tecnología,
multifuncionales y con capacidad de manejar esquemas de
comparación direccional.• Aplicar grupos de ajustes para emplear el criterio de
adaptabilidad.
32SEPT 2003T.S.U. JAIRO SALAZARBarinas, Febrero 2006
"Los Países Marchan al Termino de su Grandeza con el Paso que Camina su Educación".
Simón Bolívar