¿Por qué el aterramiento de MVDC causa fallos en el sistema?

Análisis y Manejo de Fallas de Tierra en Sistemas DC en Subestaciones

Cuando ocurre una falla de tierra en un sistema DC, puede clasificarse como tierra de un solo punto, tierra de múltiples puntos, tierra en bucle o reducción de aislamiento. La tierra de un solo punto se divide a su vez en tierra del polo positivo y tierra del polo negativo. La tierra del polo positivo puede causar la operación incorrecta de protecciones y dispositivos automáticos, mientras que la tierra del polo negativo puede llevar a la falta de operación (por ejemplo, de protecciones por relés o dispositivos de salto). Una vez que existe cualquier falla de tierra, se forma una nueva ruta de tierra; debe eliminarse de inmediato. De lo contrario, si se desarrolla una segunda o adicional tierra, puede llevar a fallos graves o accidentes.

En operación normal, la resistencia de aislamiento de ambos polos, positivo y negativo, del sistema DC a tierra es de 999 kΩ. Sin embargo, cuando el equipo al aire libre se humedece, la resistencia de aislamiento del sistema DC disminuye. El umbral de alarma para un sistema DC de 220V es generalmente de 25 kΩ, y de 15 kΩ para un sistema de 110V. La Compañía de Mantenimiento de Hubei de State Grid otorga gran importancia a las amenazas ocultas de tierra y ha elevado el estándar de alarma: se activa una advertencia cuando el aislamiento disminuye a 40 kΩ para sistemas de 220V y a 25 kΩ para sistemas de 110V. Esto permite eliminar las amenazas antes de que la degradación del aislamiento se convierta en una falla de tierra completa.

Recientemente, debido a un clima severo prolongado y una temporada de lluvias de ciruelo con alta humedad, seis subestaciones de 500 kV en la provincia han experimentado diversos grados de reducción de aislamiento DC o tierras directas:

• Enshi y Anfu: el aislamiento disminuyó a 40 kΩ

• Shuanghe: tierra del polo positivo

• Jiangxia: tierra del polo positivo

• Junshan: reducción general del aislamiento

• Xian Nv Shan: caída del aislamiento, polo negativo a tierra a 18 kΩ

• Xinglong: tierra del polo positivo

Análisis de Casos de Problemas Recientes de Aislamiento en Sistemas DC:

(1) Subestaciones de 500 kV Enshi & Anfu:
Los dispositivos de monitoreo de aislamiento DC mostraron que el aislamiento disminuyó a 40 kΩ. Después de la observación, el aislamiento se recuperó parcialmente a un rango aceptable. Basándose en la experiencia pasada, la causa probable fue la entrada de humedad en el relé térmico dentro de los gabinetes de mecanismos de interruptores de desconexión al aire libre.

(2) Subestación de 500 kV Jiangxia:
Después de una falla de tierra DC, el personal de mantenimiento secundario revisó el monitor de aislamiento y no encontró señales anormales. Las mediciones de voltaje en el campo mostraron 0 V en el polo positivo a tierra. Usando un detector de tierra DC, se rastreó la falla hasta un contacto afectado por la humedad en el relé de densidad del gabinete de control del bus tie #2. Después de remover el contacto defectuoso, el aislamiento del sistema DC volvió a la normalidad.

Desafíos en la Resolución de Fallas de Tierra DC:
Localizar y manejar defectos de tierra DC es desafiante. Las fallas a menudo se repiten con cambios climáticos, y los puntos de falla son difíciles de identificar. También puede ocurrir tierra de múltiples puntos. La mayoría de las recientes fallas de tierra fueron causadas por la reducción del aislamiento en contactos o cables de equipos al aire libre. Los factores contribuyentes incluyen componentes envejecidos con aislamiento degradado y lluvias prolongadas que causan la entrada de humedad o el fallo de equipos.

Mejora de la Capacidad de Respuesta a Tierras DC:
La resolución efectiva requiere esfuerzos coordinados, procedimientos estandarizados e integración de sistemas de operación y mantenimiento (O&M):

• Procedimientos de Seguridad:
  Antes de manejar una falla de tierra DC, evacuar a todo el personal de las áreas relevantes, especialmente aquellos trabajando en circuitos secundarios. Al menos dos personas deben estar presentes durante la localización y reparación de la falla. Evitar cortocircuitos DC accidentales o tierras adicionales. Implementar medidas de seguridad para evitar operaciones incorrectas de protección.

• Estrategia de Localización de Fallas:
  Seguir los principios: detección basada en microprocesador primero, luego manual; externo antes que interno; secundario antes que primario; señales antes que control. Primero, usar el dispositivo de monitoreo de aislamiento DC para localizar la falla. Si los datos son inexactos, proceder con la inspección manual.

• Protocolo de Respuesta Rápida:
  El personal de O&M debe recopilar inmediatamente mensajes de alarma y señales anormales del monitor de aislamiento. Los equipos secundarios deben organizar rápidamente reparaciones de emergencia. Si el monitor identifica correctamente el circuito defectuoso, desconectar su alimentación y observar si el aislamiento se recupera. Si no, usar un detector de tierra DC para escanear todos los circuitos DC, identificar los circuitos sospechosos y probar mediante la desconexión de alimentación.

• Aislamiento Preciso de la Falla:
  Una vez identificado el circuito defectuoso, usar esquemas para localizar puntos potenciales de tierra. Probar desconectando terminales sospechosos. Después de la confirmación, aplicar un aislamiento confiable. Coordinar estrechamente con los equipos de equipos primarios para eliminar la falla de manera rápida.

Medidas Preventivas para Reducir Incidentes de Tierra DC:

• Mejorar los entornos de operación. Instalar aire acondicionado en áreas con control de temperatura inadecuado. Sellar cajas de terminales, gabinetes de mecanismos de interruptores y gabinetes de interruptores de desconexión adecuadamente. Asegurar que las puertas de los gabinetes sean impermeables a la lluvia.

• Durante las inspecciones regulares o instalaciones de transformadores, verificar a fondo si los relés de gas, relés de flujo de aceite, medidores de nivel de aceite, termómetros y dispositivos de liberación de presión tienen protectores contra la lluvia adecuados. Verificar la instalación segura de cajas de conexión, la presencia de juntas de sellado y que los cables secundarios estén correctamente enroutados y sin daños.

• Usar apagones programados para reemplazar componentes secundarios al aire libre vulnerables que se operan frecuentemente o están continuamente energizados.

• Eliminar defectos de diseño o mala mano de obra. Asegurar que los circuitos secundarios estén completos durante la puesta en marcha—evitar circuitos parásitos, bucles o cruces. Prestar atención a la limpieza y eliminación de polvo durante las inspecciones de protecciones y dispositivos automáticos.

• Para actualizaciones técnicas o nuevas construcciones, seguir estrictamente los planos de diseño. Realizar revisiones exhaustivas de los planos antes de la construcción. Prevenir la mezcla de segmentos I/II DC, mezcla AC/DC y circuitos parásitos que puedan causar anomalías en el sistema DC.

• Fortalecer la operación, mantenimiento e inspección de sistemas DC, paneles de distribución DC y dispositivos de monitoreo de aislamiento en todas las subestaciones. Asegurar que los dispositivos de monitoreo reflejen con precisión las ubicaciones de tierra, permitiendo la aislación rápida por parte del personal de mantenimiento.