Investigación sobre el Método de Detección Automática de Fallos Ocultos en el Circuito de Protección por Relés del Equipo Secundario en Subestaciones

I. Introducción

El estado de operación anormal del circuito secundario de la protección por relés en una subestación tiene un impacto significativo en el sistema de energía en su conjunto. Por un lado, el circuito secundario de la protección por relés es un componente crucial del sistema de energía, y su función principal es garantizar la operación estable del sistema de energía. Cuando el estado de operación del circuito secundario es anormal, puede llevar a una disminución de la estabilidad del sistema de energía e incrementar la probabilidad de fallos.

Además, un circuito secundario anormal de la protección por relés puede causar que el dispositivo de protección falle o no funcione, lo que amenaza la seguridad del sistema de energía. Por ejemplo, cuando ocurre un fallo de cortocircuito en una línea, si el circuito secundario anormal de la protección por relés impide que el dispositivo de protección corte la línea defectuosa de manera oportuna, puede llevar a consecuencias más graves, como daños en el equipo e incendios. Por lo tanto, es extremadamente necesario detectar eficazmente las fallas ocultas en el circuito.

Xia Tongzhao et al. propusieron un método para detectar fallas ocultas en el circuito secundario de la protección por relés de la subestación basado en información de múltiples parámetros. Al recopilar la información de múltiples parámetros, se realiza un análisis integral del estado de operación del circuito secundario de la protección por relés, lo que permite detectar con mayor precisión las fallas ocultas, mejorar la precisión y confiabilidad de la detección de fallas y ayudar a identificar y resolver oportunamente los peligros potenciales. Sin embargo, este método aumenta en cierta medida la complejidad y la cantidad de cálculos del procesamiento de datos.

Yang Yuhan propuso un método para detectar fallas en el circuito secundario de la protección por relés de la subestación basado en la tecnología PLC. Aprovechando la programación flexible, alta confiabilidad y fuerte escalabilidad de la tecnología PLC, se mejora el nivel de automatización y el grado de inteligencia de la detección de fallas, y se puede monitorear el estado de operación del circuito secundario en tiempo real, lo que tiene un buen efecto de aplicación en mejorar la seguridad y estabilidad del sistema de energía. Sin embargo, en la etapa de aplicación real, la tecnología PLC requiere soporte de hardware y software correspondiente, lo que aumentará el costo y la complejidad del sistema de energía.

Basándose en lo anterior, este documento propone un estudio sobre el método de detección automática de fallas ocultas en el circuito de protección por relés de equipos secundarios en subestaciones, y analiza y verifica el rendimiento del método de detección diseñado en un entorno de prueba comparativa.

II. Diseño del Esquema de Detección Automática de Fallas Ocultas en el Circuito Secundario de la Protección por Relés
2.1 Análisis del Dominio de Asociación de Fallas del Circuito Secundario de la Protección por Relés

En el proceso de manejo de los problemas de estado del circuito secundario de la protección por relés, debido a las interrelaciones entre diferentes componentes [3]. Por lo tanto, cuando hay fallas ocultas, las manifestaciones macroscópicas correspondientes no se limitan a la ubicación específica de la falla. En este sentido, este documento primero analiza el dominio de asociación de fallas del circuito secundario de la protección por relés [4]. Al establecer una función apropiada, el problema original de detección de fallas se transforma en un problema de cálculo de la función de aptitud óptima de la función objetivo. De esta manera, según la información de operación real del circuito secundario de la protección por relés, se puede evaluar el estado del circuito secundario.

Para el dominio de asociación de fallas específico del circuito secundario de la protección por relés, este documento toma la similitud entre la información de operación real del circuito secundario de la protección por relés y el valor esperado como estándar de medición. Al calcular la corriente total en el circuito, puede ser necesario sumar las corrientes de todas las ramas en el circuito, y en ese momento, los límites superior e inferior de la suma corresponden al número de corrientes de rama. Según el método anterior, se realiza el análisis del dominio de asociación de fallas del circuito secundario de la protección por relés, proporcionando una base de implementación para la detección posterior de fallas ocultas.

2.2 Detección de Fallas Ocultas en el Circuito Secundario de la Protección por Relés

Tab.1 Tabla comparativa de resultados de salida de valores de corriente de criterios de falla de circuito de diferentes grados

I. Análisis de los Resultados de Prueba

Como se puede ver en los resultados de prueba mostrados en la Tabla 1, entre los tres métodos de detección diferentes, el método para detectar fallas ocultas en el circuito secundario de la protección por relés de subestaciones basado en información de múltiples parámetros propuesto en la Literatura [1] tiene un mejor desempeño en la detección de estados de falla de alto grado. Cuando el grado de error integral del circuito de medición es menor al 10.0%, el resultado de salida del valor característico del criterio de falla del circuito es significativamente menor, lo que tiene ciertas deficiencias para la determinación de fallas reales.

Para el método de detección de fallas en el circuito secundario de la protección por relés de subestaciones basado en tecnología PLC propuesto en la Literatura [2], los resultados de salida de los valores característicos del criterio de falla general del circuito son relativamente estables, pero hay margen de mejora en los valores generales.

En contraste, bajo el método de detección diseñado en este documento, los resultados de salida de los valores característicos del criterio de falla del circuito siempre están por encima de 0.12 A, y el valor máximo supera los 0.22 A, lo que puede reflejar eficazmente el estado de falla oculta del circuito de protección por relés de equipos secundarios. En comparación con el grupo de control, muestra ventajas relativamente obvias en términos de estabilidad y adaptabilidad.

Al analizar el rendimiento del método de detección diseñado, se construyó un modelo del circuito de protección por relés de equipos secundarios en una subestación en PSCAD/EMTDC. Durante la fase de configuración específica, se consideraron plenamente el tipo de protección real, el modelo de componente eléctrico y la configuración de parámetros de operación.

II. Pruebas de Aplicación
2.1 Preparación de la Prueba

Basándose en una línea de transmisión típica, se configuró una protección de distancia y se utilizó como el circuito de protección por relés de equipos secundarios. En cuanto a la configuración específica de parámetros de operación, el rango de impedancia se estableció en el 80% - 120% de la impedancia de la línea; el tiempo de retardo fue de 0.1 s, y el tiempo de operación fue de 0.02 s; la característica de operación adoptó una característica cuadrilateral para garantizar la operación confiable cuando ocurra un fallo dentro del rango de protección y la no operación confiable cuando ocurra un fallo fuera del rango de protección; cuando el voltaje es inferior al 80% del voltaje nominal, la protección se bloquea para evitar la operación incorrecta a un voltaje demasiado bajo. La relación de transformación del CT fue de 1000:1, y la corriente nominal se estableció en 1.0 A. La relación de transformación del PT fue de 10000:1, y el voltaje nominal se estableció en 100 kV. En cuanto a la configuración del filtro, se utilizó un filtro pasabajos, y la frecuencia de corte se estableció en 500 Hz para reducir el impacto del ruido de alta frecuencia en la protección.

2.2 Esquema de Prueba

Sobre la base del entorno de prueba mencionado anteriormente, se tomaron como grupos de control para la prueba el método para detectar fallas ocultas en el circuito secundario de la protección por relés de subestaciones basado en información de múltiples parámetros propuesto en la Literatura [1] y el método para detectar fallas en el circuito secundario de la protección por relés de subestaciones basado en tecnología PLC propuesto en la Literatura [2]. Se probaron los resultados de detección de los tres métodos diferentes bajo las mismas condiciones de trabajo.

Para las condiciones de trabajo específicas de la prueba, se estableció como ubicación de la falla el circuito de medición de corriente de la rama donde se encuentra el CT, y los grados de error integral del circuito de medición de la rama donde se encuentra el CT fueron -15%, -10%, -5%, +5%, +10% y +15% respectivamente. Basándose en esto, se contabilizó la distribución de los valores característicos del criterio de falla para la rama de medición de corriente de falla emitida por diferentes métodos de detección.

2.3 Resultados y Análisis de la Prueba

Se contabilizaron los resultados de salida de los valores de corriente de los valores característicos del criterio de falla del circuito para diferentes grados bajo diferentes métodos de detección, y los resultados de datos específicos se muestran en la Tabla 1.

III. Conclusión

La anomalía del circuito secundario de la protección por relés es uno de los factores más directos que llevan al aumento de la pérdida de energía en el sistema de energía. Cuando el transformador de corriente o el transformador de voltaje en el circuito secundario falla, esto llevará a errores de medición, afectando así la precisión del cálculo de la factura de electricidad.

Este documento propone un estudio sobre el método de detección automática de fallas ocultas en el circuito de protección por relés de equipos secundarios en subestaciones, que logra eficazmente la detección precisa de circuitos secundarios de diferentes grados y tiene un buen valor práctico de aplicación. A través de la investigación y el diseño del método de detección de fallas para el circuito de protección por relés de equipos secundarios en este documento, se espera proporcionar referencias valiosas para la gestión de seguridad real de las subestaciones.

Combinado con la función de aptitud del dominio de asociación de fallas del circuito secundario de la protección por relés construida en la parte 2.1, en el proceso específico de detección de fallas, este documento resuelve el valor óptimo de la función de aptitud como el resultado final de identificación. Según el método anterior, se realiza la detección y el análisis de las fallas ocultas en el circuito de protección por relés de equipos secundarios.