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CODIGO: E1_083_UNAC

“LOCALIZACIÓN DE FALLA POR EL MÉTODO DE ONDA VIAJERA PARA LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN DE 500KV CHILCA-MARCONA-MONTALVO” AUTORES: Martinez Alejandro Pool Jean Pierre, [email protected] Navez Curasma Marlene, [email protected] ASESOR: Eufracio Ferrer Nilthon, [email protected] UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad De Ingeniería Eléctrica y Electrónica Escuela Profesional de Ingeniería Eléctrica Av. Juan Pablo II 306, Bellavista - Callao - Perú Teléfono: (051) 4299740 - 4299748 – 4299749 E-mail: [email protected]

RESUMEN. El presente proyecto de investigación está relacionado con el cálculo óptimo del punto de falla en una línea de transmisión eléctrica mediante el método de onda viajera, revisando los métodos de localización de falla que se usan hoy en día en el Sistema Eléctrico Interconectado Nacional del Perú, sabiendo que estos comprenden un grupo de técnicas que buscan localizar con la mayor precisión posible todas aquellas condiciones anormales en el sistema que desvíen la corriente de la línea de transmisión. Basaremos el estudio en la Línea de Trasmisión Eléctrica de 500kV (LT-500kV) “Chilca-Marcona-Montalvo”, revisando que método de localización de falla usa actualmente en cada una de sus subestaciones; además analizaremos los algoritmos de localización de falla que usan los equipos: “Relé de Protección RED670-ABB” y “Registrador de Fallas RPV-REASON” viendo las ventajas y desventajas que tienen el uno del otro. Finalmente, concluiremos cual es el método de cálculo más óptimo para la LT-500kV Chilca-Marcona-Montalvo a fin de lograr una pronta y precisa localización de la falla, para tener menor tiempo de indisponibilidad y reponer en el menor tiempo posible la línea, y de esa manera no generar pérdida de las cargas del SEIN. Palabras clave-- Cálculo óptimo, localización de la falla, onda viajera, tiempo de indisponibilidad. ABSTRACT This present research project is related to the calculation of the optimal point of failure in a power transmission line by the method of traveling wave, reviewing the fault location methods used today in the National Interconnected System of Peru, knowing those comprise a group of techniques that seek to locate as accurately as possible all those abnormal conditions in the system to divert the current of the transmission line. We will base the study on Power Line 500kV (LT-500kV) “Chilca-Marcona-Montalvo”, checking that fault localization method currently used in each of its substations; further analyze the fault location algorithms that equipment use: “Protection Relay RED670 ABB” and “Fault Recorder RPV REASON” seeing the advantages and disadvantages with each other. Finally, we conclude which this is the most optimal calculation method for the LT-500kV ChilcaMarcona-Montalvo to achieve prompt and accurate fault location, to have less unavailability time and recover in the shortest time possible the line, and in that way do not generate lose loads SEIN. Keywords-- Optimum calculation, fault location, traveling wave, unavailability time.

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CODIGO: E1_083_UNAC I. INTRODUCCIÓN Tanto por razones técnicas como económicas, es imposible evitar que ocasionalmente se produzcan fallas o, al menos, perturbaciones graves en un sistema de potencia. Para ello existen en los Sistemas Eléctricos, Sistema de Protección, el cual se encarga de proteger a los elementos del sistema de todos los eventos anormales que suceden en él. Cuando se produce una falla, inmediatamente el Sistema de Protección opera, tomando como parámetros de referencia a la corriente y la tensión otorgados por el Transformadores de Corriente y el Transformador de Tensión, donde el Relé de Protección ordena la apertura de los interruptores de potencia asociados al elemento protegido. En el caso de una línea de transmisión cuando se produce una falla, se activa el sistema de protección, el cual, en el caso de una falla monofásica activa su función de recierre monofásico para tratar de mitigar la falla y si no sucede así se ordena la apertura definitiva de la línea y en el caso de una falla bifásica, bifásica a tierra o trifásica se ordena directamente la desconexión total de la línea de transmisión mediante la apertura de sus interruptores de potencia. Una vez ya ocurrida una falla sostenida y puesta fuera de servicio la línea de transmisión, es importante saber el punto donde ocurrió la falla, para que el equipo de mantenimiento repare el daño causado por la falla y se reponga en el menor tiempo posible. Para saber el punto donde ocurrió la falla el ingeniero de protecciones se puede apoyar del Relé de Protección, el cual le proporciona una distancia calculada por el método de reactancia. Hoy en día con la instalación de registradores de falla exigida en el procedimiento N°40 del COES, algunos de estos cuenta con una función de localización de falla los cuales usan distintos métodos para realizar dicha función, una de ella es el método de onda viajera. [1] II. PLANTEAMIENTO DE ESTUDIO Si bien sabemos que los Relés de Protección cuentan con una función para el cálculo del punto de falla, este depende propiamente de la impedancia de la línea, sin embargo se ha tomado para el estudio la línea de transmisión de 500kV Chilca-MarconaMontalvo el cual requiere operar con compensación de capacitores serie y reactores en paralelo tanto en las líneas como en la barra, esta configuración eléctrica influyen directamente en la impedancia de la línea y en consecuencia aumentan los errores de medición de la impedancia total registrados por el relé de protección el cual se traduce en errores para el cálculo del punto de falla y este último perjudica en el trabajo que realizara el equipo de mantenimiento y a su vez aumenta el tiempo de indisponibilidad de la línea de transmisión.

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Ahora bien, gracias a los registradores de falla y la función de cálculo de falla con la que algunos de estos equipos cuentan, es posible disminuir los errores para realizar dicho cálculo, pues este se realiza mediante el método de onda viajera el cual utiliza básicamente la velocidad de la luz y las diferencias de tiempo que se demora en llegar una señal de falla desde su origen hasta la subestaciones extremas de la línea. III. OBJETIVOS 3.1 Objetivo Generales Explicar y calcular la distancia de falla con el relé de protección RED670 ABB y el equipo localizador de fallas RPV REASON, y realizar la comparación entre estos mismos, la cual se aplicara en la línea de transmisión de 500kV Chilca-Marcona-Montalvo. 3.2 Objetivos Específicos  Determinar cuál de los equipos logra una pronta y precisa localización de la falla para tener menor tiempo de indisponibilidad y reponer en el menor tiempo posible la línea de transmisión.  Examinar las condiciones para el uso de localizadores de falla a fin de proponerlas para ser incluidas en el Procedimiento 40 del COES y con ello lograr una pronta y precisa localización de la falla y de esa manera no generar pérdida de las cargas del SEIN. IV. HIPÓTESIS 4.1 Hipótesis General Explicando y calculando la distancia de falla con el relé de protección RED670 ABB y el equipo localizador de fallas RPV REASON, y realizando la comparación entre estos mismos, podremos determinar las variables que toman en consideración cada uno estos equipos y con ello determinar el método más óptimo para el cálculo del punto de falla en la línea de transmisión de 500kV ChilcaMarcona-Montalvo. 4.2 Hipótesis Específicos  Determinando cuál de los equipos logra una pronta y precisa localización de la falla tendremos un menor tiempo de indisponibilidad y repondremos en menor tiempo posible la línea de transmisión de 500kV Chilca-MarconaMontalvo.  Examinando las condiciones para el uso de localizadores de falla, podremos proponer estas mismas para ser incluidas en el Procedimiento 40 del COES y con ello lograr una pronta y precisa localización de la falla y de esa manera no generar pérdida de las cargas del SEIN.

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CODIGO: E1_083_UNAC V.

MARCO TEORICO

5.1 Definiciones Previas 5.1.1 Línea de Transmisión 500kV ChilcaMarcona Montalvo. Esta Línea pertenece al Sistema Garantizado de Transmisión (R.M. N° 024- 2010-MEM/DM) y se incluyó en el Plan Transitorio de Transmisión (R.M. Nº 552-2006-MEM/DM). El proyecto comprendió la construcción de una línea de Transmisión (L.T.) 500kV de 872 km, entre las Subestaciones Chilca, Poroma, Ocoña, Montalvo, más los enlaces en las Subestaciones existentes Marcona 220kV y Moquegua 220kV, de 27 km y 5 km, respectivamente, como se describe en la Fig. (1). El 07.06.2012 otorgan la Concesión definitiva para desarrollar la actividad de Transmisión de Energía Eléctrica a favor de ATS S.A, ver Tabla (1). DENOMINACIÓN

L.T. 500 kV CHILCA –MARCONA –MONTALVO

EMPRES A CONCES IONARIA

Abengoa Transmisión S ur S .A. – ATS

UBICACIÓN Departamento Provincia Distrito Altitud

S.E. Chilca 500 kV (Existente) S.E. Poroma 500 kV; S.E. M arcona 220 kV S.E. Ocoña 500 kV S.E. M ontalvo 500 kV; S.E. M ontalvo 220 kV S .E. Chilca S .E. Poroma S .E Ocoña Lima Ica Arequipa Cañete Nazca Camaná Chilca Vista Alegre Ocoña 16 msnm 100 m 12 msnm

S .E. Montalvo M oquegua M ariscal Nieto M oquegua 1210 msnm

DATOS TECNICOS

CAPACIDAD

LONGITUD

TIPO

L.T. 500 kV Chilca–Poroma -1c

700 M VA

840 M VA

357 KM

Horizontal

L.T. 500 kV Poroma–Ocoña –1c

700 M VA

840 M VA

272 KM

Horizontal

L.T. 500 kV Ocoña–M ontalvo – 1c

700 M VA

840 M VA

255 KM

Horizontal

L.T. 220 kV Poroma- M arcona – 2c

450 M VA

540 M VA

27 KM

Vertical

700 M VA

840 M VA

5 KM

Horizontal

S UBES TACIONES AS OCIADAS

L.T. 220 kV M ontalvo-M oquegua -1c Conductor Cable de Guarda

CONTINGENCIA

ACAR Uno (1) Tipo OPGW; uno (1) Convencional

Tabla (1). Datos de la L.T. Chilca-Marcona-Montalvo.

El 21.11.2013, la DGE autoriza la Operación Comercial de la Línea Eléctrica en dos Etapas: sin los Capacitores Serie y con los Capacitores Serie, esta última prevista para el 20.02.2014. El 18.12.2013, el COES confirma que las fechas de energización (Conexión) al SEIN fueron el 05, 06 y 12.12.2013 sin la Compensación Serie. El 30.01.2014, la DGE ratifica que la POC es el 17.01.2014, sin la compensación serie. El COES, el 06.03.2014 aprobó el Estudio de Operatividad con compensación serie. Los tres Bancos de Capacitores Serie de la L5032, L5034 y L5036 se encuentran operando satisfactoriamente desde el 17.03.2014, ver Figura (1). [2]

5.1.2 Líneas de Transmisión con Compensación Reactiva Serie Los capacitores serie se usan en las líneas largas para aumentar la capacidad de transmisión de potencia a solo una fracción del costo de la nueva línea de transmisión. Los bancos de capacitores se instalan en serie con los conductores de fase en puntos seleccionados a lo largo de la línea. Su efecto es reducir la reactancia inductiva de la línea, reduciendo de este modo las caídas de tensión en esa línea y aumentando el límite de estabilidad en estado estable. Los bancos de capacitores serie requieren de dispositivos automáticos de protección e interruptores para desviar las altas corrientes durante condiciones de falla o en demanda mínima y volver a insertarse los capacitores una vez que se hayan eliminado éstas. Asimismo, la adición de capacitores serie puede excitar oscilaciones de baja frecuencia, un fenómeno conocido como resonancia subsíncrona, las cuales pueden dañar las flechas de los turbogeneradores, por tanto, se recomienda realizar compensación serie hasta del 50%, en caso, de requerirse una mayor compensación se tendrá que realizar los estudios y así evitar una posible resonancia subsíncrona. [3] 5.1.3 Fallas y Perturbaciones en Sistemas de Transmisión Eléctrica El sistema eléctrico pueden estar sometido a diversas contingencias que producen diversas fallas y perturbaciones eléctricas, estas pueden ser causada por diversos fenómenos físicos, estos fenómenos pueden originar diversos tipos de fallas como por ejemplo: falla monofásica, falla bifásica, falla bifásica a tierra, falla trifásica y sobretensiones. Las fallas que se producen en un Sistema de Transmisión de Energía Eléctrica (STEE) se despejan o aíslan mediante la actuación de sistemas automáticos de Protección, los cuales producen la salida de servicio de uno o más segmentos del STEE comprometidos por la falla. La consecuencia directa de esta acción cuyo objetivo es proteger al equipamiento de las solicitaciones generadas por la falla, produce como efecto colateral, la reducción de la capacidad de transmisión del STEE, lo cual significa una afectación directa a los restantes miembros del Mercado Eléctrico, los Generadores y los Consumidores. La línea de transmisión es el elemento más susceptible a falla en un sistema eléctrico, ya que está expuesta por su longitud a las condiciones climatológicas y ambientales. El 95% de las fallas ocurren de una fase a tierra, bien por descargas atmosféricas o por problemas de aislamiento, contaminación, animales, hilos de guarda caídos y vandalismo. [4]

Figura (1). Esquema Unifilar del Sistema de Transmisión.

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CODIGO: E1_083_UNAC 5.1.4 Sistema de Protección Eléctrica para Líneas de Transmisión El sistema de protección tiene por objeto la detección, localización y desconexión en forma automática de la línea afectada a fin de minimizar los efectos que el funcionamiento prolongado en estado de falla tendría sobre la instalación y para cumplir con estas funciones, el sistema de protección debe cumplir las siguientes condiciones fundamentales: - Selectividad, es la cualidad de los sistemas de protección eléctrica por la cual su accionamiento debe sacar de servicio solo la porción de la red afectada por la falla o en su defecto, la menor porción posible. - Estabilidad, es la que asegura que el sistema de protección no operará para fallas que se encuentran fuera del tramo o equipo al que se le ha asignado proteger (la protección permanece estable). - Confiabilidad, es otro de los requisitos que debe poseer el sistema de protección mediante el cual se determina la seguridad de que cada dispositivo opera en todas las ocasiones en que sea necesario de manera de no afectar la selectividad del conjunto. Debido a que la confiabilidad no es total, el sistema de protección se define por dos tipos de protección, protección principal y protección de respaldo. Protección Principal, constituye el primer elemento de protección en despejar la falla de ser posible en forma instantánea. A su vez la protección principal puede abarcar dos tipos de protección, protección primaria y protección secundaria. Protección de Respaldo, su función es cubrir los posibles fallos de la protección principal, o del interruptor de potencia. Para este tipo de protección se debe de considerar un tiempo de actuación superior con la finalidad de dar tiempo a que actué la protección principal. Actualmente en líneas cortas de transmisión la protección principal viene dada por la protección diferencial de línea (87L) y su protección de respaldo viene dada por la protección de distancia (21) y la protección de sobrecorriente temporizado e instantáneo. (51/50). En líneas largas de transmisión la protección principal viene dada por la protección de distancia (21) y su protección de respaldo viene dada por la protección de sobrecorriente temporizado e instantáneo. (51/50). Debido al desarrollo técnico y abaratamiento de los costos de los medios de comunicación como la fibra Óptica y el cable de guarda OPGW, las líneas largas también se puede proteger perfectamente con protección diferencial de línea (87L) al igual que las líneas cortas. [5]

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5.1.5 Indisponibilidad de una Línea de Transmisión Ante una falla, la Empresa de Transporte de Energía Eléctrica debe hacerse cargo de la reposición de las partes afectadas y de los costos de las penalidades que le impone el Ente Regulador, quien fija un marco que regula la relación entre los diferentes agentes del Mercado. Estas multas se calculan en función del segmento afectado (un transformador, una línea, una barra, etc.) y del tiempo de indisponibilidad del servicio. Este último componente de la penalización es tan importante que si por ejemplo, la recuperación del STEE se produce antes de los 10 minutos de producida la falla, la Empresa de transporte resulta exenta del pago de la multa. En general puede aceptarse que la reducción del tiempo de afectación de las fallas beneficia a todos los agentes del Mercado Eléctrico. Es por ese motivo que las Empresas de Transporte de energía, vuelcan recursos en adquirir tecnología, adiestramiento y estudios, a fin de lograr resultados concretos en este tema. [4] 5.1.6 Mantenimiento de Línea de Transmisión El mantenimiento a Líneas de Transmisión está homologado en 48 actividades, que están normalizadas por el Comité de especialistas de Líneas de Transmisión y contemplan: Inspecciones, mantenimientos, pruebas y atención de fallas. La optimización de los trabajos de reparación requiere un alto grado de capacitación profesional para actuar con la mayor rapidez y eficiencia. Para lograr este resultado, se combinan varios factores que son fundamentales: Trabajos con Tensión: La mayor parte de las reparaciones (cambio de aisladores, espaciadores, reparación de conductores e hilos de guardia etc.) se realiza con las líneas en servicio. Rapidez en la detección: Para la ubicación precisa de la falla se utilizan localizadores de fallas de última generación, los medios aéreos permiten conocer rápidamente la naturaleza y la extensión de la falla y, luego, trasladar técnicos y repuestos al lugar. Así, en poco tiempo se localizan las fallas y se evalúan los recursos necesarios para la reparación. Disponibilidad de repuestos y equipos: Los depósitos del equipo de mantenimiento distribuidos en lugares estratégicos, cuentan con un amplio stock de repuestos que va desde distintos tipos de aisladores, morsetería y cables, hasta estructuras completas semi-armadas. Además, se han adquirido juegos completos de estructuras de emergencia, cuyo poco peso y rapidez de armado las hacen especialmente aptas para ser instaladas en puntos de difícil acceso. Adicional a ello cuentan con un importante conjunto de equipos, disponibles para ser desplazados, rápidamente, al lugar de la reparación. [6]

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CODIGO: E1_083_UNAC 5.2 Función de Localización de Falla del Relé de Protección RED670 ABB Las Líneas de Transmisión de 500kV Chilca-Poroma (L-5032), Poroma-Ocoña (L-5034) y OcoñaMontalvo (L-5036), tienen actualmente como protección principal al relé de protección RED670 en cada una de las subestaciones, además estos relés tienen configurado la protección diferencial de línea (87L) como protección primaria y la protección de distancia (21) como protección secundaria, adicional a ello estos relés cuenta con otras funciones, pero la que se va a analizar es la Función Identificador de Falla en Fase de Carga o también conocido como Localizador de Fallas (21FL). [7] Localizador de Fallas (21FL) La función localizador de fallas del relé RED670 ABB es un complemento esencial para calcular la distancia de falla, el algoritmo que utilizan para el cálculo considera la corriente de carga en la entrada y salida y la resistencia de falla debe ser considerada al momento de calcular la distancia de falla tomando la corriente y tensión del extremo de la línea, según el esquema mostrado a continuación:

5.3 Función de Localización de Falla por el Método Onda Viajera del Registrador de Fallas RPV311 REASON El procedimiento N°40 del COES establece que es de obligación de los agentes instalar registradores de fallas en todas las instalaciones de 500kV, es por ello que actualmente la línea de trasmisión de 500kV Chilca-Marcona-Montalvo, cuenta con los registradores de fallas RPV311 REASON, el cual tiene las funciones de Registrador de Secuencia de Eventos y Osciloperturbógrafo, adicional a ello este equipo cuenta con la función de localización de falla por el método de onda viajera. Método de Onda Viajera La localización de la falla por las ondas viajeras se basa en la determinación del momento preciso en que los frentes de ondas pasan a través de puntos conocidos, por lo general las subestaciones situadas en los puntos terminales de la línea de transmisión. [8]

Figura (3). Esquema representativo.

Figura (2). Esquema Unifilar de la línea de transmisión con una falla a una distancia F.

La fórmula para el cálculo de falla en una línea es: 𝑈𝐴 = 𝐼𝐴 ∙ 𝑝 ∙ 𝑍𝐿 + 𝐼𝐹 ∙ 𝑅𝐹 𝐼𝐹𝐴 𝐼𝐹 = 𝐷𝐴 (1 − 𝑝) ∙ 𝑍𝐿 + 𝑍𝐵 𝐷𝐴 = 𝑍𝐴 + 𝑍𝐿 + 𝑍𝐵

… (1) … (2) … (3)

𝑍𝐿 : Representa la longitud de falla (L) como porcentaje de la impedancia total de la línea.

De ahí que se tenga un cuadro para diferentes tipos de fallas que se muestra a continuación. [7]

Entonces conociendo el instante en que el frente de onda llega a los terminales A y B de la línea de transmisión y tomando como tiempo a 𝑡𝑎 y 𝑡𝑏 en base a la longitud de la línea L es así como se puede determinar la localización de falla desde los terminales. Dicha determinación se realiza mediante la fórmula: 𝐿 + 𝑘 ∙ 𝑐 ∙ (𝑡𝑎 − 𝑡𝑏) 𝑋𝑎 = … (4) 2 Dónde: 𝑐: es la velocidad de la luz≈ 3 × 108 𝑚⁄𝑠 𝐾 = 0.95 … 0.98 es una constante de reducción que depende de algunas peculiaridades de la línea de transmisión. Características del localizador de falla - Presenta un error máximo de 150 metros. - Pueden estar conectados hasta 4 líneas de transporte por equipo RPV. - El cálculo es independiente de los parámetros de la línea ni de la corriente de secuencia cero del acoplamiento mutuo. - Usa sincronización de tiempo mediante conexión GPS. [8]

Tabla (2). Expresión para UA , IA, IFA para diferentes tipos de fallas.

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CODIGO: E1_083_UNAC Algoritmos de localización de fallas en líneas de transmisión - 2015 En este documento se describen los principales algoritmos de localización de falla en líneas de transmisión que utilizan mediciones de voltaje y corriente de un solo terminal de la línea, se desarrolla las ecuaciones generales de cada algoritmo y se hace un énfasis en los problemas de aplicación que ocasionan errores en la determinación del punto de falla. [9] Figura (4). Esquema de conexión.

Calculo de localización de la falla Ejecutar el Software TW Fault Locator.

Figura (5). Interfaz del Software TW Fault Locator.

Las acciones que se deben realizar son las siguientes: A. Selección de la línea. B. Identificación de los terminales (datos de cada subestación). C. Lista de los registros de ondas viajeras de cada terminal para la configuración de la línea elegida. Cada registro de esta línea se identifica con el tiempo y aparecen en orden descendiente. El usuario debe seleccionar una fecha y hora de cada terminal que se conecta al mismo evento. D. Tres opciones para establecer el límite: automático (algoritmo interno del software), Default (valor del threshold del archivo de configuración *.tw) y Manual. E. Botón para localización de la falla en km en relación a los terminales A y B. F. Botón para visualizar la onda viajera en el gráfico. G. Botón que permite generar un archivo KML. H. Botón que permite ejecutar el algoritmo de la localización, usando los tiempos seleccionados por el usuario. I. Indicación en km de la falla en relación a los dos terminales. J. Las coordenadas geográficas de localización de las fallas. [8] VI. ESTADO DEL ARTE A continuación se resumirá los tópicos más importantes de algunos de los trabajos más representativos que se han llevado a cabo para la determinación de la localización de fallas de líneas de transmisión. Estos resúmenes serán presentados en orden cronológico del más reciente al más antiguo. IEEE - PES - FIEE - UNAC, Junio 2015 Callao - Perú

Energuía, Nuevas ventajas del SEL-411L - 2014 En este artículo describen que el relé SEL-411L es el único en el mercado con protección diferencial de línea y localización de falla por onda viajera, dado que utiliza ondas viajeras de corriente para el algoritmo de localización de fallas por este método, solamente necesita de las señales secundarias de corriente de los TC’s para llevar a cabo esta función; esto es, no necesita de otros dispositivos para sensar las señales de onda viajera en la línea. [10] Localización de fallas de alta impedancia en líneas de transmisión para un estudio de caso mediante redes neuronales - 2010 En este documento se abordara el problema de la localización de fallas de alta impedancia en una línea de transmisión, partiendo del conocimiento del tipo de falla, de la topología de la red y de las condiciones de operación del sistema. [11] Protección de distancia basada en el reconocimiento de patrones de patrones de onda viajera - 2009 En este documento se propone un algoritmo que discrimina entre una falla interna o externa, a partir del reconocimiento de patrones del contorno del primer frente de onda que arriba a la ubicación de la protección. El problema de reconocimiento se simplifica prepocesando la información con la técnica de análisis de componente principal. [12] Study on fault location for high voltage overhead transmission lines based on neural network system - 2007 En este documento se comenta que la precisión de la localización de la falla es afectada por muchos factores tales como el sitio de la falla, el ángulo de fase entre los dos sistemas, la resistencia de la falla, la impedancia interna del sistema opuesto entre otros y por lo tanto es imposible realizar la localización de falla para cualquier tipo de falla con una sola red neuronal. [13] Protección de sistemas electicos mediante reconocimiento de patrones de Onda viajera - 2006 En este documento se presenta un nuevo algoritmo de protección de líneas de transmisión basado en ondas viajeras. El algoritmo usa el primer frente de onda generado por el colapso de voltaje en el punto de aparición de la falla para determinar si se encuentra dentro o fuera de la línea protegida. [14]

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CODIGO: E1_083_UNAC Statistical Algorithms for Fault Location on Power Transmission Lines - 2005 En este documento resume la aplicación del algoritmo propuesto de localización de fallas utiliza la información estadística acerca de los parámetros indefinidos tales como la impedancia equivalente de los sistemas en el extremo no monitoreado de la línea de transmisión, los cuales presentan grandes errores aleatorios. [15] Algoritmos para localización de fallas en líneas de transmisión, análisis para el Caso colombiano - 2004 En este documento se analizan cuatro algoritmos localizadores de fallas en líneas de transmisión, aplicados en el sistema de transmisión nacional colombiano. Se determina cual es más preciso y eficiente. Finalmente, se verifican por medio de simulaciones en EMTP/ATP, y se toman los resultados para desarrollar criterios de precisión. [16] Localización de fallas Método onda viajera - 2002 En este documento se describe la utilización de un sistema de localización de fallas por onda viajera, instalado en la red sur de transporte en 500 kV de Transener S.A. (Sao Paulo, Brasil), y las aplicaciones que se desarrollaron para la determinación de la distancia de falla desde el Centro de Control. [17]

IX. EXPOSICIÓN DE RESULTADOS Extrayendo las oscilografías tanto de los relés (RED670) y de los registradores de Fallas (RPV-311) de ambos extremos de las líneas ChilcaPoroma (L-5032), Poroma-Ocoña (L-5034) y Ocoña-Montalvo (L-5036) de algunas fallas registradas (monofásicas con recierre exitoso), se obtienen las distancias del punto de falla registradas por cada uno de estos equipos, tal como se muestra en la Figuras (6) y (7).

Figura (6). Resultados del Software TW Fault Locator, Registrador de Fallas RPV-311, LT. Chilca – Poroma (L-5032)

VII. VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas: - Error mínimo, dado que la localización de la distancia de falla no está afectado por los parámetros eléctricos de la red. - Para el cálculo de la distancia no considera la corriente de secuencia cero del acoplamiento mutuo con la línea paralela. - Para el cálculo de la distancia no considera el valor de la resistencia de falla. Desventajas: - Costoso en su implementación

1. 2.

3.

4.

VIII. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO Se produce una falla en la línea. Se extrae Oscilografía de los relés (RED670) y de los registradores de fallas (RPV-311) de ambos extremos de la línea. En los relés (RED670) se obtiene la distancia en forma de reporte y de los registradores de falla (RPV-311) se realiza mediante el software “TW Fault Locator”. Luego de tener las distancias calculadas por el relé (RED670) y el registrador de fallas (RPV311) se realizará la comparación y finalmente se podrá llegar a la conclusión que el RPV-311 por utilizar el método de onda viajera es la más precisa y presenta menos errores.

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Figura (7). Reporte del Relé RED670, LT. Chilca – Poroma (L-5032). Referencia SE. Chilca.

De esta misma forma para los demás casos de falla y cada una de las líneas tal como se muestra en las Figuras (8), (9), (10) y (11).

Figura (8). Resultados del Software TW Fault Locator, Registrador de Fallas RPV-311, LT. Poroma – Ocoña (L-5034)

7

CODIGO: E1_083_UNAC LT 500 kV POROMA - OCOÑA (L-5034) - Longitud Total: 276.60 km

Fecha

Figura (9). Reporte del Relé RED670, LT. Poroma – Ocoña (L-5034). Referencia SE. Ocoña

Falla

Distancia de Falla (Km) Referencia SE. Ocoña

Error (%)

Registrador de Fallas RPV-311 (REASON)

Relé RED670 (ABB)

24/07/2015 1Ø Fase R

190.20

79.8

58.04%

24/07/2015

1Ø Fase S

190.83

271

42.01%

25/07/2015

1Ø Fase T

190.87

271

41.98%

Tabla (4). Calculo de distancia de falla del registrador de fallas RPV-311 versus el relé RED670 LT. Poroma – Ocoña (L-5034) LT 500 kV OCOÑA - POROMA (L-5036) - Longitud Total: 255.57 km

Fecha

Falla

05/07/2015 1Ø Fase R

Distancia de Falla (Km) Referencia SE. Ocoña Registrador de Fallas RPV-311 (REASON)

Relé RED670 (ABB)

0.51

138

Error (%)

26958.82%

Tabla (5). Calculo de distancia de falla del registrador de fallas RPV-311 versus el relé RED670 LT. Ocoña - Montalvo (L-5036)

Figura (10). Resultados del Software TW Fault Locator, Registrador de Fallas RPV-311, LT. Ocoña - Montalvo (L-5036)

A continuación se muestran las imagines, donde el personal de Mantenimiento de Abengoa Perú están realizando la inspección y mantenimiento de las líneas L-5032, L-5034 y L-5036, luego de ocurrir la falla:

Figura (11). Reporte del Relé RED670, LT. Ocoña - Montalvo (L-5036). Referencia SE. Ocoña

Finalmente se obtiene los resultados en las siguientes tablas, donde se pone en evidencia el error que tiene la localización de falla efectuada por el relé RED670 (ABB) en comparación a los resultados obtenidos por la función de localización de falla por onda viajera que tiene el registrador de fallas RPV-311 (REASON).

Figura (12). Inspección de Mantenimiento de la línea LT. Chilca - Poroma (L-5032)

LT 500 kV CHILCA- POROMA (L-5032) - Longitud Total: 357.76 km

Fecha

Falla

Distancia de Falla (Km) Referencia SE. Chilca

Error (%)

Registrador de Fallas RPV-311 (REASON)

Relé RED670 (ABB)

27/05/2015 1Ø Fase R

208.61

186.7

10.50%

19/05/2015

1Ø Fase S

171.31

356.2

107.93%

12/05/2015

1Ø Fase T

126.03

117.7

6.61%

Tabla (3). Calculo de distancia de falla del registrador de fallas RPV-311 versus el relé RED670 LT. Chilca – Poroma (L-5032)

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Figura (13). Inspección de Mantenimiento de la línea LT. Poroma - Ocoña (L-5034)

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CODIGO: E1_083_UNAC Cabe resaltar que el cálculo depende de la precisión de los tiempos que se registren en ambos puntos de la línea protegida, para ello es muy necesario tener antenas GPS que puedan sincronizar el tiempo de los equipos localizados en cada una de las subestaciones.

Figura (14). Inspección de Mantenimiento de la línea LT. Ocoña - Montalvo (L-5036)

X. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Tal como se observa en las Tablas (3), (4) y (5), se analizó el porcentaje de error que tiene el cálculo del punto de falla efectuado por el relé RED670 con respecto al cálculo del punto de falla obtenido por la función de localización de falla por onda viajera del registrador de fallas RPV-3ll, pues las distancias al punto de falla obtenidas por el registrador de fallas fueron verificas en campo por parte del equipo de mantenimiento de Abengoa Perú y efectivamente, fueron muy precisas, por otro lado el cálculo de las distancias al punto de falla efectuadas por el relé RED670 dan mucho que desear, pues como se observa en los resultados estos tienen un gran porcentaje de error que varía desde 6.6% hasta 100% y más en algunos casos, lo cual se desvía mucho de la realidad. Estos resultados de error son debido a que el relé RED670 efectúa el cálculo de falla de acuerdo a la tensión y corriente que el recibe de los transformadores de medida, obteniendo como resultado una impedancia, sin embargo cuando sucede la falla esta impedancia pueden variar mucho dependiendo de la situación que esta lo ocasione, teniendo en cuenta: la resistencia del arco de la falla, la resistencia de material que ocasione la falla (árboles en su mayoría), la resistencia del terreno, entre otros. Y haciendo referencia a la precisión que tiene el registrador de fallas RPV-311, esto sucede debido a que en el cálculo de falla que realiza no interviene ningún parámetro eléctrico directamente, y cuando ocurre una variación en la tensión y corriente como ocurre en una falla estos no son factores que limiten la precisión del cálculo del punto de falla, sin embargo si son importantes medir los tiempos exactos que tarda en viajar el primer pulso ocasionado por la falla hasta llegar a cada una de las subestaciones, donde se encuentran los equipos

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XI. FACTIBILIDAD DEL PROYECTO Con los resultados obtenidos claramente podemos decir que necesitamos que más equipos localizadores de falla sean instalados en el sistema eléctrico interconectado nacional, sobre todo en zonas importantes donde se necesite una mayor confiabilidad antes, durante y después de haber ocurrido una falla; ya que hoy en día el sistema se encuentra en expansión y nuevos proyectos, debido al incremento de la demanda, y mientras no tengamos demasiados canales de transmisión (LT) de energía para abastecer esta creciente demanda, debemos tener el sistema más seguro posible, y esto lo podemos asegurar evitando que las líneas queden fuera de servicio por mucho tiempo después de haber ocurrido una falla o por lo contrario tratando de que en un mínimo tiempo la línea entre de nuevo en servicio, y para es importante el cálculo rápido y preciso del punto de falla. Hoy en día existe un procedimiento (PR40) donde el COES exige a las compañías a cargo de las instalaciones mayores a 10 kV, tener instalado en las salas de control equipos registradores de fallas, pero solo algunas marcas de estos registradores tienen la función de localización de falla por onda viajera como lo es el Registrador REASON, entonces uno de los aportes importantes de este trabajo es dar a conocer la importancia y la necesidad de tener un equipo localizador de fallas y si fuese necesario incluirlo en los procedimiento del COES para que de manera obligatoria el sistema llegue a ser más seguro. XII.

RECOMENDACIONES DEL PROYECTO

 Es claro que los errores obtenidos por parte del relé RED670 son debido a la gran compensación que tienen las líneas analizadas, es decir depende de la configuración de la línea, es por ello que se recomienda realizar un análisis de la configuración eléctrica a la hora de determinar el error que pueda tener este relé con respecto a algún localizador de fallas.  Efectivamente solo algunos registradores de fallas tienen la función de localización de falla por el método de onda viajera, bajo esa premisa sería bueno realizar un estudio comparando las marcas de registradores de fallas que tengan dicha función, a fin de encontrar el equipo con mayor precisión a la hora de calcular la distancia de falla.  Existen equipos especiales qué solo sirven para realizar la localización de falla por el método de onda viajera, sería bueno comparar las ventajas que este tiene contra un registrador de fallas. 9

CODIGO: E1_083_UNAC XIII. CONCLUSIONES  El cálculo de la distancia de falla por los relés de protección RED670 en las líneas L-5032, L-5034 y L-5036, utilizan el método de impedancias, y por su alto grado de compensación de dichas líneas, conlleva a errores en los cálculos hasta en algunos casos mayor al 100%.  El registrador de fallas RPV-311, utiliza el método de ondas viajeras y no utiliza los parámetros de las línea y por ende, los errores en el cálculo de la distancia de falla son mínimas.  Se ha demostrado de forma experimental, que comparando el cálculo de la distancia de falla realizado por los relés RED670 y el RPV-311, que el registrador RPV-311 es más precisa.  La distancia calculada por el RPV-311 es confirmada en campo, por Ingenieros de Mantenimientos de Abengoa Perú. XIV. BIBLIOGRAFIA [1] Walter B., Rodrigo P., “Ñom Lufke (El Rayo Domado) o Los Sistema Eléctricos de Potencia”, Editorial Pearson, primera edición 2008. [2] Gerencia de Fiscalización Eléctrica USPP, “Descripción de proyecto, Línea de Transmisión 500kV Chilca-Marcona-Montalvo” (Operación), Osinergmin, diciembre 2014. [3] Fragmento de Tesis de Grado “Capacitores Serie en Líneas de Transmisión”, UNAM.

[13] Xiangning L., Peng M., “Study on fault location for high voltage overhead transmission lines based on neural network system”, IEEE, International Conference on Intelligent Systems Applications to Power Systems, Noviembre 2007. [14] Ernesto V., Jorge C., Oscar Ch., “Protección de sistemas electicos mediante reconocimiento de patrones de onda viajera”, Doctorado FIME-UANL, Ingenierías Vol. IX, marzo 2006. [15] Bockarjova M., Sauhats A., Andersson G., “Statistical algorithms for fault location on power transmission lines”, IEEE Power Tech, 2005. [16] Gina I., Robinson V., Jesus H., “Algoritmos para localización de fallas en líneas de transmisión, análisis para el caso colombiano”, ISSN Colombia Medellin, Noviembre 2004. [17] Hector A., “Localización de fallas - Método onda viajera”, Transener S.A., IV CIERTEC Sao Paulo - Brasil, Septiembre 2002.

[4] Innocenti A., Salcedo J., “Sistema experto en análisis de fallas en líneas eléctricas de transmisión”, CAPIS - Transener S.A, 2010. [5] U.T.N. Facultad Regional Rosario, “Protección de redes eléctricas, transmisión y distribución de la energía”, Departamento de Ing. Eléctrica. [6] Juan Bautista F., “Sistema de información de mantenimiento de líneas de transmisión SIMALT”, Comité Nacional de México, Enero 2001. [7] Technical reference manual, “Line differential protection RED670”, ABB, Rev. C, Junio 2010. [8] Worldwide, “Localización de falla por Onda Viajera”, Reason Tecnologia S.A., Brasil. [9] Ever H., Ernesto V., Gina I., “Algoritmos de localización de fallas en líneas de transmisión”, Posgrado Ing. Eléctrica FIME-UANL, marzo 2015. [10] “Energuia Boletín informativo nuevas ventajas del SEL-411L, Schweitzer Engineering laboratories S.A., Vol. 9 Junio 2014. [11] Anderson A., “Localización de fallas de alta impedancia en líneas de transmisión para un estudio de caso mediante redes neuronales”, Trabajo de grado Ingeniería Eléctrica FIMM-UNCOL, Colombia Medellin 2010. [12] Ernesto V., Jorge C., “Protección de distancia basada en el reconocimiento de patrones de onda viajera”, Ciencia UANL, Vol. XII, junio 2009.

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