DIgSILENT 2014-Protecciones M5

Curso DIgSILENT Power Factory v15.1 PROTECCIONES ELÉCTRICAS MÓDULO 5 CASOS DE ESTUDIO

SANTIAGO, julio de 2014

David E. Perrone [email protected] www.estudios-electricos.com

MÓDULO PROTECCIONES - 5

M5: Casos de estudio Temas

Pág. 2



Evaluación Dinámica



Evaluación Estática



Coordinación sistémica

Análisis dinámico

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas DESEMPEÑO DE PROTECCIONES

none No se consideran dispositivos de protección all Todos los dispositivos de protección son considerados main Únicamente los dispositivos de protección que están operando backup Únicamente los dispositivos de respaldo

Particularidades

  

Permite verificar el desempeño de protecciones de manera mas real La actuación de protecciones modifica topológicamente al sistema Posibilita la obtención de la trayectoria de la variación de la impedancia en el diagrama R-X a lo largo de toda la simulación

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas EJERCICIO PR-M5-1

1) Importar el proyecto “EjercicioPR-M5-1” 2) Verificar ajustes de los relés de impedancia 3) Definir y simular un evento de falla en la Linea A-B_2: ●

Falla trifásica al 70% desde el extremo Terminal A

Terminal D

Terminal C

Terminal B

Terminal A

4) Realizar las gráficas R-X mostrando al evolución temporal de la impedancia vista por los relés

Linea C-D Typ_Line_110kV

Tr2_S/E_C Tr2_110kV/11kV_30MVA_15%

Terminal B - BT

Terminal C - BT

Load

Load C

External Grid D

Linea B-C Typ_Line_110kV Linea A-B_2 Typ_Line_110kV

Tr2_S/E_B Tr2_110kV/11kV_30MVA_15%

External Grid A

Linea A-B Typ_Line_110kV

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas PARAMETOS DE LÍNEA

Terminal B

Terminal A

EJERCICIO PR-M5-1

External Grid A

Linea A-B

Tipo

Direc

Z[sec.Ohm]

Ang. [Deg]

Z1

Mho

Forward

13

60

Z2

Mho

Forward

30

60

Z3

Mho

Forward

45

60

Z4

Mho

Reverse

2,5

60

Tr2_S/E_B

Zona

Linea A-B_2

Terminal B - BT

Load

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas EJERCICIO PR-M5-1



Definición del evento de Cortocircuito Clic derecho sobre línea

Objeto en falla

Tipo de falla

Impedancia de falla Momento de aplicación de falla

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas EJERCICIO PR-M5-1



Definición de resultados

La medición de las impedancias se encuentran dentro del módulo Polarizing

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas EJERCICIO PR-M5-1



Definición de resultados

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas EJERCICIO PR-M5-1

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas Diagramas R-X

DIgS ILE NT

Terminal A



[pri.Ohm]

Linea A-B 0,0 External Grid A

42,0 39,0 36,0 33,0

Linea A-B_2 0,0

Z vista

30,0

Short-Circuit Location: 70,00 % 8,431 8,431 14,745

27,0 24,0 21,0 18,0

Relay_Linea A-B_2 Zone (All): Polarizing Zl A #INF pri.Ohm 0,° Zl B #INF pri.Ohm 0,° Zl C #INF pri.Ohm 0,° Fault Type: - (50PP1) Tripping Time: 1,022483 s

15,0 12,0 9,00 6,00 3,00

-15,0 -12,0 -9,00 -6,00 -3,00 -3,00

3,00 6,00 9,00 12,0 15,0 18,0 21,0 24,0 27,0 30,0 33,0 36,0 39,0 42,0 45,0 48,0 51,0 54,0

-6,00 Terminal A\Cub_3\Relay_Linea A-B_2

Relay_Linea A-B_2\Polarizing Impedance

[pri.Ohm]

Terminal B

EJERCICIO PR-M5-1

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas Diagramas R-X

DIgS ILE NT

Terminal A



Linea A-B 0,0

42,0 39,0

33,0 30,0

Relay_Linea A-B Zone (All): Polarizing Zl A 107,326 pri.Ohm -9,7° Zl B 107,326 pri.Ohm -9,7° Zl C 107,326 pri.Ohm -9,7° Fault Type: ABC (50PP1) Tripping Time: 9999,999 s

External Grid A

[pri.Ohm]

36,0

Z vista

Linea A-B_2 0,0

Short-Circuit Location: 70,00 % 8,431 8,431 14,745

27,0

NO ACTÚA

Terminal B

EJERCICIO PR-M5-1

24,0 21,0 18,0 15,0

ZONA ALCANZADA

12,0 9,00 6,00 3,00

-15,0 -12,0 -9,00 -6,00 -3,00 -3,00

3,00 6,00 9,00 12,0 15,0 18,0 21,0 24,0 27,0 30,0 33,0 36,0 39,0 42,0 45,0 48,0 51,0 54,0

-6,00 Terminal A\Cub_1\Relay_Linea A-B

Relay_Linea A-B\Polarizing Impedance

[pri.Ohm]

3 4 5

yTZ2m yTZ1bm yTZ1m

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas

FALLAS A TIERRA – RECIERRE MONOFÁSICO Generalmente los relés de distancia poseen un bloque llamado logic. Cuando se activa, envía una orden de apertura trifásico, independientemente del tipo de falla que se trate

forward reverse

6 7

0 1 2 3 4 5

6 7 8 9

yout

10 11

T6

12

T7

13

8

Logic RelLogdip

14 15 16 17

18 19

20



Se deben modelar el comportamiento homopolar o crear eventos tales como EvtSwitch, para aplicar o despejar una falla monofásica, y EvtShc, de manera que especifique la apertura y cierre de una fase para simular el recierre monofásico lock

Para que la apertura sea sólo de la fase sometida a falla, se debe deshabilitar el bloque logic

lock



MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas EJERCICIO PR-M5-2 1)

Importar el proyecto “EjercicioPR-M5-2”

2)

Agregar Relés de protección de distancia SIEMENS 7SA522 activando Variation “Cambio de Relé”

3)

Definir y simular una falla monofáisca en la Línea A-B_2 con las siguientes características: ●

Calcular condiciones iniciales

●

EvtShc con falla en fase A al 50% desde el extremo Terminal A en 1 seg con una duración de 0,12 seg

●

EvtShc despejando falla en 1,12 seg. En esta instancia aplicar EvtSwitch con apertura de fase A de Línea A-B_2

●

EvtSwitch con cierre de fase A de Línea A-B_2 0,5 seg después

●

Simular hasta los 20 seg

Realizar las gráficas R-X mostrando al evolución temporal de la impedancia vista por los relés. Verificar coordinación y actuación de protecciones Terminal B

Linea B-C Typ_Line_110kV

Linea C-D Typ_Line_110kV

Linea A-B_2 Typ_Line_110kV

Tr2_S/E_C Tr2_110kV/11kV_30MVA_15%

Terminal B - BT

Terminal C - BT

Load

Load C

External Grid D

Linea A-B Typ_Line_110kV

Tr2_S/E_B Tr2_110kV/11kV_30MVA_15%

External Grid A

Terminal D

5)

Terminal C

Realizar gráficos que presenten la evolución de las corrientes por fase de las líneas A-B y A-B_2 Terminal A

4)

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas EJERCICIO PR-M5-2

Definición de eventos

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas DIgSILE NT

EJERCICIO PR-M5-2 5,00

3,75

Efecto de aplicación-despeje de falla y recierre monofásico

2,50

1,25

0,00

-1,25 0,000

3,998 7,997 Linea A-B_2: Phase Current, Magnitude A/Terminal i in kA Linea A-B_2: Phase Current, Magnitude B/Terminal i in kA Linea A-B_2: Phase Current, Magnitude C/Terminal i in kA

1,55

1,30

12,00

15,99

[s]

19,99

15,99

[s]

19,99

Sistema estable Recierre exitoso

1,05

0,80

0,55

0,30 0,000

3,998 7,997 Linea A-B: Phase Current, Magnitude A/Terminal i in kA Linea A-B: Phase Current, Magnitude B/Terminal i in kA Linea A-B: Phase Current, Magnitude C/Terminal i in kA

12,00

150,

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas 135,



EJERCICIO PR-M5-2 120, Diagrama R-X 105, 90,0 75,0 60,0 45,0 30,0 15,0

0 -45,0 -30,0 -15,0 -15,0

Rel_7SA522_A-B Zone (1): Pol_ Z1 Zl A 153,784 pri.Ohm -7,64° Zl B 153,784 pri.Ohm -7,64° Zl C 153,784 pri.Ohm -7,64° Z A 153,784 pri.Ohm -7,64° Z B 153,784 pri.Ohm -7,64° Z C 153,784 pri.Ohm -7,64° Zone (1): ZPol15 Z A #INF pri.Ohm 45,° Z B #INF pri.Ohm 45,° Z C #INF pri.Ohm 45,° Zone (> 1): Pol_Z1b-Z2-Z5 Z A 153,784 pri.Ohm -7,64° Z B 153,784 pri.Ohm -7,64° Z C 153,784 pri.Ohm -7,64° Fault Type: A (Starting) Tripping Time: 9999,999 s

15,0 30,0 45,0 60,0 75,0 90,0 105, 120, 135, 150, 165, 180, 1

138,

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Simulaciones dinámicas

125,

EJERCICIO PR-M5-2



113,

Diagrama R-X 100, 87,5 75,0 62,5 50,0 37,5 25,0 12,5

,0 -37,5 -25,0 -12,5 -12,5 -25,0

Rel_7SA522_A-B_2 Zone (1): Pol_ Z1 Zl A 153,784 sec.Ohm -7,64° Zl B 153,784 sec.Ohm -7,64° Zl C 153,784 sec.Ohm -7,64° Z A 153,784 sec.Ohm -7,64° Z B 153,784 sec.Ohm -7,64° Z C 153,784 sec.Ohm -7,64° Zone (1): ZPol15 Z A #INF sec.Ohm 45,° Z B #INF sec.Ohm 45,° Z C #INF sec.Ohm 45,° Zone (> 1): Pol_Z1b-Z2-Z5 Z A 153,784 sec.Ohm -7,64° Z B 153,784 sec.Ohm -7,64° Z C 153,784 sec.Ohm -7,64° Fault Type: A (Starting) Tripping Time: 9999,999 s Zone: 1 Z1Mho: 1,022771 s 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 100, 113, 125, 138, 150, 163,

Análisis estático

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Protecciones de Distancia ASISTENTE DE COORDINACIÓN

Alcance en base a impedancia de la línea

→

Alcance en base a reactancia de la línea

R automático

→

R manual

Se determina automáticamente la configuración para cada protección hallada en la path El asistente calcula los ajustes en aquellos cubicles que al menos contienen un relé La forma de ajustar cada una de las zonas, dependerá del método de coordinación adoptado → Independiente, Acumulativo, Referente a Línea 1

Opciones de ajuste de zona 3 Se determina la coordinación para cada elemento de protección contenido en la path

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Protecciones de Distancia

RESULTADOS A PARTIR DE COORDINACIÓN

Opciones Create Report crea un reporte tabular resumiendo ajustes de elementos de protección Create Time-Distance Diagram se genera un diagrama tiempo-distancia con los resultados de la coordinación de protecciones Write back to Protection Devices se actualizan automáticamente los ajustes de acuerdo a los resultados obtenidos del asistente. Es aconsejable crear una variation aparte antes de aplicar los cambios

Selección Result File selección del archivo que contienen resultados de coordinación de protecciones obtenido de la ejecución del asistente Output for muestra los resultados de salida de todos o algunos de los paths utilizados por el asistente

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Short Circuit Trace

DESEMPEÑO DE PROTECCIONES CARACTERÍSTICAS



No siempre es práctico realizar una simulación dinámica para desarrollar este tipo de análisis



Reducción del nivel de precisión a cambio de un más rápido y más simple resultado del cálculo



Permite analizar el desempeño de un esquema de protección en respuesta a una falla o combinación de fallas



Se examina la respuesta en pasos de tiempo en la que se tienen en cuenta variaciones topológicas y de corrientes de cortocircuito



Nueva herramienta (Versión 15)

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Short Circuit Trace BASIC OPTIONS Se genera automáticamente un comando de cortocircuito (ComShc) Algunas opciones son fijas. Sólo se puede seleccionar el método completo de cálculo de cortocircuito Eventos a definir antes del comienzo del cálculo Intercircuit Fault Events (EvtShcll) Outage Events (EvtOutage) Short-Circuit Events (EvtShc) Switch Events (EvtSwitch)

Se inicializa la simulación y los eventos son aplicados a la red Avanzar en la simulación a través de pasos de tiempo

Ir al final de la simulación Se puede detener la simulación en cualquier momento

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Short Circuit Trace EJERCICIO PR-M5-3

1) Importar el proyecto “EjercicioPR-M5-3”. 2) Activar variation “PRyM” para agregar relé en cubicle comprendido entre Línea B-C y Terminal C. Escoger un tiempo mayor de actuación de zona 2 y 3 respecto a los dos relés existentes. 3) Definir un path desde el Terminal A hasta el C. 4) Ejecutar el asistente de coordinación. Seleccionar la path realizada en el paso anterior. Elegir opción Network Topology. Utilizar el método de coordinación independiente junto a los factores definidos por defecto. Escoger el ajuste del alcance en base a la impedancia. 5) Ejecutar resultados de salida a partir de coordinación, seleccionando únicamente la opción Write back to Protection Devices. 6) Definir y simular un evento de falla en la Linea A-B_2: ●

Falla trifásica al 70% desde el extremo Terminal A creando un evento ComShc.

7) Configurar y ejecutar la herramienta Short Circuit Trace. 8) Realizar las gráficas R-X de los tres relés existentes en la red y verificar cambios en la topología de la red y de la corriente de falla para cada paso de tiempo.

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Short Circuit Trace EJERCICIO PR-M5-3 Activar variation

Ajustar tiempo de Z2 y Z3 del nuevo relé incorporado

Linea C-D Typ_Line_110kV

Tr2_S/E_C V/11kV_30MVA_15%

Linea A-B_2 Typ_Line_110kV

External Grid D

Linea B-C Typ_Line_110kV

Tr2_S/E_B V/11kV_30MVA_15%

External Grid A

Linea A-B Typ_Line_110kV

Terminal D

Terminal C

Terminal B

Terminal A

Definición de la path

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Short Circuit Trace

Tr2_S/E_C

Terminal C Tr2_S/E_B

Linea A-B_2 0,0

Una vez ejecutada la herramienta se procede a presionar el Step Time tantas veces como sea necesario hasta que todas las protecciones despejan efectivamente la falla Linea C-D 0,0

Tr2_S/E_C

Linea B-C 0,0 9999,9..

0,790 s

Tr2_S/E_B

Terminal B

87,732 0,798 0,306

0,390 s

Linea A-B 0,0

30,089 0,274 15,269

Terminal A 104,179 0,947 21,611

Short-Circuit Loc.. 3,714 3,714 6,311

Evolución de la corriente de falla

Linea C-D 0,0

0,790 s

0,040 s

Linea B-C 0,0 Linea A-B_2 0,0

Tiempos de actuación de las protecciones

External Grid A

Terminal C

Terminal B

87,286 0,794 0,027

Linea A-B 0,0

28,062 0,255 13,155

Short-Circuit Loc.. 8,431 8,431 20,692

0,390 s

External Grid A

94,128 0,856 19,304

Terminal A

EJERCICIO PR-M5-3

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Short Circuit Trace

Tr2_S/E_C

Terminal C 109,452 0,995 -0,714

0,000 0,000 0,000

Linea A-B_2 0,0

S/E_B

9999,9..

Linea B-C 0,0

Linea C-D 0,0

Fin de la simulación

S/E_C

Linea A-B 0,0

9999,9..

9999,9..

Short-Circuit Loc.. 0,000 0,000 0,000

Terminal B

Despeje total de la falla

Terminal A 109,878 0,999 23,107

0,440 s

Linea A-B_2 0,0

Linea C-D 0,0

Tr2_S/E_B

9999,9..

Linea B-C 0,0

Señal de operación de protecciones por cada Step Time

External Grid A

Terminal C

Terminal B

82,907 0,754 -1,303

Linea A-B 0,0

10,768 0,098 -1,393

Short-Circuit Loc.. 1,329 1,329 2,255 9999,9..

External Grid A

109,878 0,999 23,107

Terminal A

EJERCICIO PR-M5-3

Reportes

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Reportes

BASIC OPTIONS

Puede seleccionarse una opción o una combinación de opciones Cada opción que es seleccionada resultará en la generación de reportes por separado

Subset definido por el usuario tal como

Todos los dispositivos de protección

SetSelect SetFilt ElmNet ElmArea ElmZone ElmFeeder ElmSubstat ElmTrfstat ElmRelay RelFuse

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Reportes

COMMON OPTIONS Ajuste de precisión de los resultados que se mostrarán en el informe tabular

Esta configuración define las primeras tres columnas que conformarán la tabla Muestra los detalles de los transformadores de medida

En cada columna encabezada por “Stage”, se incluye el código definido por IEEE C37-2 a los elementos allí contenidos

Agrega filas adicionales al informe para cada “Stage”

Todos los bloques no configurados por el usuario, no se muestran en el reporte

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Reportes

SPECIFIC OPTIONS En esta instancia, y con los ajustes necesarios ya realizados, se está en condiciones de ejecutar el reporte Permite seleccionar la forma en que se quieren mostrar los resultados

Se especifica el número máximo de fallas por elementos de fase y tierra que aparecerán en la tabla

MÓDULO PROTECCIONES - 5

Reportes

SPECIFIC OPTIONS Ajustes

●

Modelos de Relés ●

Stage

Permite actualizar el reporte frente a cambios realizados en el cálculo sin necesidad de una nueva ejecución Se pueden exportar los valores a un archivo de Excel

Se pueden editar y realizar cambios en configuraciones de las protecciones

FIN MÓDULO 5

Muchas gracias por su atención.