Preguntas y Respuestas sobre Protección de Microordenadores y Dispositivos Automáticos: Explicando las Funciones Principales y los Elementos Esenciales de la Aplicación
¿Qué es un dispositivo de protección de microcomputadora?
Respuesta: Un dispositivo de protección de microcomputadora es un dispositivo automático que puede detectar fallas o condiciones de operación anormales en el equipo eléctrico dentro de un sistema de potencia, y actuar para desconectar interruptores o emitir señales de alarma.
¿Cuáles son las funciones básicas de la protección de microcomputadora?
Respuesta:
Aislar automáticamente, rápidamente y selectivamente el equipo con fallas del sistema mediante el apagado de interruptores, asegurando que el equipo sin fallas retome su operación normal rápidamente y evitando daños adicionales al equipo con fallas.
Detectar condiciones de operación anormales del equipo eléctrico, y según los requisitos de mantenimiento operativo, activar señales de alarma o desconectar equipos que podrían ser dañados o convertirse en fallas si continúan en servicio. La protección por relé que responde a condiciones anormales generalmente no requiere acción inmediata y puede incluir un retraso temporal.
¿Cuáles son los requisitos fundamentales para la protección de microcomputadora?
Respuesta: La protección de microcomputadora juega un papel crucial en garantizar la operación segura, estable y confiable de los sistemas de potencia y en eliminar rápidamente las fallas. Por lo tanto, la protección por relé debe cumplir con los siguientes requisitos:
Selectividad: Cuando ocurre una falla en el sistema, el dispositivo de protección solo debe aislar el equipo con fallas, asegurando que el equipo sin fallas continúe operando, minimizando así el área de interrupción y logrando una operación selectiva.
Rapidez: Después de una falla en el sistema, si la falla no se elimina rápidamente, puede escalarse. Por ejemplo, durante un cortocircuito, la tensión disminuye significativamente, causando que los motores cerca del punto de falla se ralenticen o se detengan, interrumpiendo la producción normal. Además, los generadores no pueden suministrar energía durante una falla, lo que puede llevar a la inestabilidad del sistema. Asimismo, el equipo con fallas soporta corrientes de falla elevadas, sufriendo daños mecánicos y térmicos severos. Cuanto más tiempo persista la corriente de falla, más severos serán los daños. Por lo tanto, después de una falla, el sistema de protección debe actuar lo más rápido posible para aislarla.
Sensibilidad: El dispositivo de protección debe detectar de manera confiable las fallas y condiciones anormales dentro de su zona protegida. Esto significa que debe funcionar sensiblemente no solo durante cortocircuitos metálicos trifásicos bajo condiciones de operación máxima, sino también durante cortocircuitos bifásicos con alta resistencia de transición bajo condiciones de operación mínima, manteniendo suficiente sensibilidad y operación confiable.
Fiabilidad: La fiabilidad de un sistema de protección es crucial. No debe fallar en operar cuando ocurra una falla dentro de su zona de protección, ni debe operar incorrectamente cuando no haya falla. Un dispositivo de protección no fiable, una vez en servicio, podría convertirse en una fuente de accidentes ampliados o incluso directos.
Describa brevemente las protecciones basadas en microcomputadoras utilizadas para transformadores y sus respectivas funciones.
Respuesta: Los transformadores son equipos vitales en los sistemas de potencia. Sus fallas tienen un impacto severo en la confiabilidad del suministro de energía y en la operación normal del sistema. Los transformadores de gran capacidad también son extremadamente valiosos, por lo que deben instalarse dispositivos de protección con excelente rendimiento y alta confiabilidad según la capacidad y la importancia del transformador.
Las fallas de los transformadores se pueden clasificar en fallas internas y externas dentro del tanque.
Las fallas internas del tanque incluyen principalmente: Cortocircuitos entre fases, cortocircuitos entre vueltas y fallas a tierra de una fase. Las corrientes de cortocircuito generan arcos que pueden quemar bobinas, aislamiento y núcleo, y pueden causar una vaporización intensa del aceite del transformador, potencialmente llevando a explosiones del tanque.
Las fallas externas del tanque incluyen: Cortocircuitos entre fases y fallas a tierra de una fase en los terminales y conductores de salida.
Las condiciones de operación anormales incluyen: Sobrecorriente debido a cortocircuitos externos, sobrecarga por diversas razones y nivel bajo de aceite dentro del tanque.
Basándose en estos tipos de fallas y condiciones anormales, se deben instalar los siguientes dispositivos de protección:
Protección de gas (Buchholz) para cortocircuitos internos del tanque y nivel bajo de aceite.
Protección diferencial longitudinal o de sobrecorriente instantánea para cortocircuitos multifásicos en bobinas y conductores, fallas a tierra en bobinas y conductores en sistemas de tierra de alta corriente, y cortocircuitos entre vueltas.
Protección de sobrecorriente (o protección de sobrecorriente con inicio de voltaje compuesto o protección de corriente negativa secuencial) para cortocircuitos externos entre fases, sirviendo como respaldo para la protección de gas y diferencial (o sobrecorriente instantánea).
Protección de corriente cero secuencial para fallas a tierra externas en sistemas de tierra de alta corriente.
Protección de sobrecarga para sobrecargas simétricas, etc.
¿Qué protecciones se instalan para una unidad generador-transformador (gen-transformador) de 600MW?
Respuesta:
Protección diferencial de la unidad generador-transformador
Protección diferencial longitudinal del generador
Protección diferencial principal del transformador
Protección de pérdida de excitación del generador
Protección de fuera de paso del generador
Protección de potencia inversa del generador
Protección de baja frecuencia del generador
Protección de sobreexcitación
Protección de falla a tierra del estator del generador
Protección de sobrecorriente del generador
Protección de sobrecorriente negativa secuencial de tiempo inverso del generador
Protección de sobrecarga del estator del generador
Protección de falta de agua del generador
Protección de corriente cero secuencial del punto neutro del transformador principal
Protección de gas (Buchholz) del transformador principal
Protección de liberación de presión del transformador principal
¿Cuáles son las diferencias entre la protección diferencial y la protección de gas del transformador principal? ¿Ambas protecciones pueden detectar fallas internas del transformador?
Respuesta: La protección diferencial es la protección primaria para los transformadores; la protección de gas es la protección principal para las fallas internas del transformador.
El rango de protección de la protección diferencial cubre el equipo eléctrico primario entre los transformadores de corriente en todos los lados del transformador principal, incluyendo:
Cortocircuitos multifásicos en los conductores y bobinas del transformador
Cortocircuitos severos entre vueltas
Fallas a tierra en los conductores de bobinas en sistemas de tierra de alta corriente
El rango de protección de la protección de gas incluye:
Cortocircuitos multifásicos internos en el transformador
Cortocircuitos entre vueltas, y cortocircuitos entre vueltas y el núcleo o carcasa exterior
Fallas del núcleo (como sobrecalentamiento y daño)
Nivel bajo de aceite o fuga de aceite
Contacto pobre en los cambiadores de tomas o soldadura defectuosa de conductores
La protección diferencial se puede instalar en transformadores, generadores, secciones de barras y líneas de transmisión, mientras que la protección de gas es única para los transformadores.
Para las fallas internas del transformador (excepto cortocircuitos menores entre vueltas), tanto la protección diferencial como la protección de gas pueden responder. Debido a que las fallas internas causan movimiento de aceite y aumento de la corriente primaria, ambas protecciones pueden activarse. Cuál opera primero depende de la naturaleza de la falla.
¿Qué tipos de fallas protegen la sobrecorriente cero secuencial, la sobrecorriente de gap y la sobretensión cero secuencial del punto neutro del transformador principal? ¿Cuáles son los principios de ajuste?
Respuesta: La sobrecorriente cero secuencial, la sobrecorriente de gap y la sobretensión cero secuencial del punto neutro del transformador principal están diseñadas para proteger contra fallas a tierra en las líneas de salida propias del equipo. Generalmente sirven como protección de respaldo para fallas de tierra en el sistema de 110–220 kV en el lado de alta tensión del transformador. La protección de corriente cero secuencial se utiliza cuando el punto neutro del transformador está conectado a tierra; la protección de tensión cero secuencial se utiliza cuando el punto neutro está aislado; y la protección de sobrecorriente de gap se utiliza cuando el punto neutro del transformador está conectado a tierra a través de un gap de chispas.
La protección de sobrecorriente cero secuencial tiene una corriente de arranque pequeña, típicamente alrededor de 100 A, con un tiempo de operación de aproximadamente 0.2 segundos. La protección de sobretensión cero secuencial se ajusta generalmente a dos veces la tensión nominal de fase. Para evitar sobretensiones transitorias durante la conexión a tierra de una fase, el retardo temporal suele ajustarse a 0.1–0.2 segundos. La longitud del gap de chispas en el punto neutro del lado de 220 kV de un transformador es generalmente de 325 mm, con un voltaje de rotura RMS de 127.3 kV. Cuando la tensión neutra excede el voltaje de rotura, el gap se rompe, permitiendo que fluya la corriente cero secuencial a través del punto neutro. El tiempo de protección se ajusta a 0.2 segundos.
¿Qué son la protección primaria y la protección de respaldo?
Respuesta: La protección primaria se refiere a la protección que, ante una falla de cortocircuito, cumple con los requisitos de estabilidad del sistema y seguridad del equipo, y selecciona para despejar las fallas en el equipo protegido y toda la línea.
La protección de respaldo se refiere a la protección que elimina las fallas cuando la protección primaria o el interruptor no opera.
¿Cuál es la función de la excitación forzada del generador?
Respuesta:
Mejora la estabilidad del sistema de potencia.
Permite la recuperación rápida de la tensión después de la eliminación de la falla.
Mejora la confiabilidad de la operación de la protección de sobrecorriente con retardo temporal.
Mejora las condiciones de autoarranque de los motores durante las fallas del sistema.
