Aplicación de IED para Control de Interruptores en Subestaciones de Alta Tensión
Resumen del Control de Interruptores de Alta Tensión con Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED)
Introducción
Los Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) han revolucionado el control y la automatización de los interruptores de alta tensión (HV) en subestaciones. Al integrar tecnología digital avanzada, los IEDs permiten la supervisión, gestión y control en tiempo real desde un centro remoto centralizado, mejorando la eficiencia, confiabilidad y seguridad de los sistemas de energía.
Instalación e Integración
Un IED de control de interruptor puede instalarse ya sea dentro del gabinete del interruptor en el parque de maniobras o en la sala de relés/control. Es importante tener en cuenta que funciones como Fallo del Interruptor (BF), Recierre Automático (AR) y Supervisión de Circuito (CS) generalmente no se integran en el IED de Control de Interruptor, sino que pueden ser manejadas por relés protectores separados u otros dispositivos.
Consolidación de Señales
En algunas aplicaciones de subestación, en lugar de tener cables individuales de viaje/cierre para cada IED de protección o control conectado al mismo interruptor, un solo IED de control de interruptor puede consolidar todas las señales de viaje o cierre de múltiples IED. Este enfoque simplifica el cableado y reduce el número de conexiones, haciendo que el sistema sea más eficiente y fácil de mantener.
Monitoreo y Funciones Auxiliares
El IED de control de interruptor monitorea continuamente el estado del interruptor, incluyendo:
Estado de Posición: Abierto, cerrado o posiciones intermedias.
Niveles de Presión: Hidráulica, neumática o de gas, que son críticos para el funcionamiento correcto.
Contactos Auxiliares: Utilizados para proporcionar información de estado a IED relacionados.
Además, el IED proporciona varias funciones auxiliares:
Función Anti-Bombeo: Evita que el interruptor se recierre hasta que se haya abordado la causa del fallo. Si existe una función anti-bombeo en el propio interruptor, la función anti-bombeo del IED debe desactivarse para evitar conflictos.
Supervisión de Bobinas del Interruptor: Monitorea la salud de las bobinas de viaje y cierre para asegurar que estén funcionando correctamente.
Supervisión de Presión: Alerta a los operadores sobre condiciones de baja presión y bloquea comandos de viaje/cierre si la presión es insuficiente.
Funciones Principales de un IED de Control de Interruptor
Adquisición de Información de Estado del Interruptor Principal: El IED recopila datos sobre la posición y estado del interruptor.
Ejecución de Comandos de Viaje/Cierre: El IED puede ejecutar comandos de viaje o cierre localmente o de forma remota a través de SCADA, Unidades de Control de Bahía o IED de protección.
Viaje y Cierre Segmentado por Fase: El IED puede viajar o cerrar fases individuales (A, B, C) o realizar operaciones trifásicas. Sin embargo, no incluye lógica integrada para discrepancia de polos.
Función Anti-Bombeo: Evita que el interruptor se cierre repetidamente durante una condición de fallo.
Supervisión de Bobinas del Interruptor: Asegura la integridad de las bobinas de viaje y cierre.
Supervisión de Presión: Monitorea los niveles de presión para garantizar la operación segura y previene acciones inseguras.
Interacción de Señales en el IED de Control de Interruptor
Cuando ocurre un fallo en el sistema de potencia:
Los IED de protección detectan el fallo y emiten un comando de viaje al IED de Control de Interruptor. El IED de Control de Interruptor luego viaja el interruptor correspondiente utilizando señales cableadas (Fase A, B, C o viaje trifásico). Después del viaje, el IED adquiere el nuevo estado del interruptor (por ejemplo, abierto o cerrado) y proporciona esta información a IED relevantes a través de señales cableadas. También se monitorean y reportan información adicional de estado, como baja presión. La señal de viaje de los IED de protección también se utiliza para iniciar la función de Recierre Automático (AR), que intenta restaurar la energía después de un fallo. El comando de cierre de AR se envía al IED de Control de Interruptor a través de señales cableadas. De manera similar, la señal de viaje puede iniciar la función de Fallo del Interruptor (BF), y las señales de re-viaje también están cableadas al IED. Los comandos de control remoto (apertura/cierre) de RTU/SCADA, sistemas de automatización de subestación locales o Unidades de Control de Bahía también están cableados al IED de control de interruptor.
Comunicación con IEC 61850 y GOOSE
En subestaciones modernas, el IED de Control de Interruptor puede comunicarse utilizando el protocolo IEC 61850, específicamente a través de mensajes GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event). Esto permite una integración sin problemas con otros dispositivos inteligentes en la subestación, reduciendo la necesidad de conexiones cableadas y mejorando la flexibilidad y confiabilidad del sistema.
La Figura 1 ilustra una aplicación típica de un IED de control de interruptor utilizando comunicación GOOSE. En la práctica, se implementan redes redundantes (Red A y Red B) para garantizar mayor confiabilidad.
Rol en la Automatización de Subestaciones
El IED de Control de Interruptor actúa como una interfaz digital entre dispositivos secundarios (como IED de protección, sistemas SCADA y Unidades de Control de Bahía) y el equipo primario de alta tensión (interruptores). Facilita la transición de sistemas analógicos tradicionales a subestaciones totalmente digitalizadas, habilitando características avanzadas como monitoreo en tiempo real, control automatizado y manejo mejorado de fallas.
Otras Funciones Principales del IED de Control de Interruptor:
En la Figura 2 se muestran las interacciones funcionales y de señales del IED de control de interruptor:
Visión General Completa del Control de Interruptores de Alta Tensión con Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED)
Introducción
Los Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) desempeñan un papel crucial en las subestaciones modernas, permitiendo un control y monitoreo avanzados de los interruptores de alta tensión (HV). El Controlador de Interruptor es un IED especializado que recopila información de los interruptores y envía comandos de control a ellos, facilitando la gestión y automatización en tiempo real. Este dispositivo se interconecta con interruptores basados en señales analógicas tradicionales a través de contactos de entrada/salida cableados, convirtiendo las señales eléctricas en datos digitales para la comunicación vía el protocolo IEC 61850 y mensajes GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event).
Funciones Clave del Controlador de Interruptor
Recopilación de Información de los Interruptores
Estado de Posición: Abierto, cerrado o posiciones intermedias.
Estado de Presión de Control: Niveles de presión hidráulica, neumática o de gas.
Contactos Auxiliares: Señales de estado adicionales como baja presión, condiciones de fallo, etc.
Entradas Cableadas: El Controlador de Interruptor utiliza contactos de entrada cableados para recopilar diversas informaciones de estado de los interruptores, incluyendo:
Conversión Analógico-Digital: El controlador convierte estas señales analógicas en formato digital, haciendo que los datos sean compatibles con protocolos de comunicación modernos.
Envío de Comandos de Control a los Interruptores
Salidas Cableadas: El Controlador de Interruptor utiliza contactos de salida cableados para enviar comandos de viaje o cierre a los interruptores. Estos comandos se ejecutan según instrucciones recibidas de dispositivos protectores, sistemas SCADA o unidades de control de bahía.
Circuitos Segmentados por Fase: El controlador generalmente proporciona circuitos de viaje y cierre segmentados por fase, permitiendo el control independiente de fases individuales (A, B, C) o operaciones trifásicas. Para un interruptor trifásico, normalmente proporciona una bobina de cierre y dos bobinas de viaje.
Comunicación a través de Mensajes GOOSE
Publicación de Información a Dispositivos de Nivel de Bahía: Después de recopilar información eléctrica de los interruptores, el Controlador de Interruptor convierte estos datos en señales digitales y los publica a IED de nivel de bahía a través del bus de proceso utilizando mensajes GOOSE. Esto permite que otros dispositivos en la subestación accedan a actualizaciones de estado en tiempo real.
Recepción de Mensajes GOOSE de Dispositivos de Nivel de Bahía: Cuando ocurre un fallo en el sistema de potencia o se emite un comando de control remoto, los dispositivos protectores o unidades de control de bahía relacionados publican los correspondientes mensajes GOOSE (por ejemplo, comando de viaje, comando de cierre). El Controlador de Interruptor, actuando como suscriptor, recibe estos mensajes y toma las acciones apropiadas, como viajar o cerrar el interruptor a través de sus contactos de salida cableados.
Prevención de Viajes Repetidos (Función Anti-Bombeo)
Prevención de Viajes Repetidos: Si un interruptor se cierra manualmente o automáticamente en un fallo permanente y la señal de cierre persiste, el interruptor puede intentar cerrarse varias veces después de cada viaje. Para prevenir esto, el Controlador de Interruptor incluye una función anti-bombeo que asegura que el interruptor viaje solo una vez y previene cierres adicionales hasta que el circuito de cierre sea desenergizado por el operador.
Consideración de Configuración: Si el interruptor en sí tiene un circuito anti-bombeo, la función anti-bombeo en el Controlador de Interruptor debe desactivarse para evitar conflictos.
Supervisión de Bobinas del Interruptor
Supervisión de la Bobina de Cierre: El Controlador de Interruptor puede monitorear el estado de la bobina de cierre utilizando relés auxiliares. Esto se logra conectando el terminal al polo negativo de la fuente de alimentación en serie con el contacto auxiliar normalmente cerrado (52b) del interruptor. Si el terminal también está conectado a la bobina de cierre (CC), los relés auxiliares pueden proporcionar supervisión de la salud de la bobina de cierre.
Supervisión de la Bobina de Viaje: De manera similar, el controlador puede supervisar el estado de la bobina de viaje utilizando relés auxiliares. Esto se hace conectando el terminal al polo negativo de la fuente de alimentación en serie con el contacto auxiliar normalmente abierto (52a) del interruptor. Si el terminal también está conectado a la bobina de viaje (TC), los relés auxiliares pueden monitorear la condición de la bobina de viaje.
Supervisión y Bloqueo de Presión
Monitoreo Crítico de Presión: La presión en los interruptores es esencial para su funcionamiento correcto. Los niveles anormales de presión pueden llevar a malfuncionamientos, reducción de la vida útil o incluso daños en los interruptores. Por lo tanto, el Controlador de Interruptor monitorea todas las señales de presión (por ejemplo, hidráulica, neumática, de gas) en los interruptores relacionados.
Funciones de Bloqueo de Presión: Cuando se recibe un comando de viaje o cierre, el controlador implementa funciones de bloqueo de presión para prevenir operaciones inseguras. Si la presión está por debajo de un umbral seguro, el controlador bloqueará la ejecución del comando para proteger el interruptor. Estas funciones de bloqueo aseguran que el interruptor opere solo bajo condiciones seguras.
Circuitos de Viaje y Cierre Segmentados por Fase
El Controlador de Interruptor generalmente proporciona circuitos de viaje y cierre segmentados por fase, permitiendo el control independiente de cada fase. Para un interruptor trifásico, el controlador suele incluir:
Una Bobina de Cierre: Usada para cerrar las tres fases simultáneamente.
Dos Bobinas de Viaje: Una para viaje monofásico y otra para viaje trifásico. Este diseño permite un control flexible y preciso del interruptor, dependiendo de los requisitos específicos del sistema de potencia.
Conclusión
El Controlador de Interruptor es un componente vital en las subestaciones modernas, puenteando la brecha entre interruptores analógicos tradicionales y sistemas de comunicación digital. Al integrar funciones avanzadas como la comunicación mediante mensajes GOOSE, la funcionalidad anti-bombeo y la supervisión de bobinas, el controlador mejora la confiabilidad, seguridad y eficiencia de las operaciones de interruptores de alta tensión. Su capacidad para recopilar datos en tiempo real y ejecutar comandos de control asegura que las subestaciones puedan operar sin problemas, incluso en entornos de potencia complejos y dinámicos.
