ANÁLISIS DE FALLAS EN LÍNEAS CON COMPENSACIÓN SERIE Preparado por Humberto Galoc Perú Sistema eléctrico del Perú (agosto 214) SUR ESTE Tintaya Puno La Niña NORTE Kiman Ayllu 174,91 km Conococha 221,17 km 33 km 138 km 376 km Trujillo Chimbote Carabayllo CENTRO Paramonga Mantaro (Campo Armiño) 89,8 km 356,2 km 271 km Chilca Poroma 296,26 km 321,35 km Ocoña 255,9 km 21,4 km Montalvo 9,4 km Callalli 89,2 km Santuario 2,7 km Socabaya Moquegua SUR OESTE 196,4 km 5 kv 22 kv 138 kv 1816,9 km 1
Sistema eléctrico del Perú (21) SUR ESTE Tintaya Puno Mantaro (Campo Armiño) 21,4 km 9,4 km Callalli 89,2 km Santuario 2,7 km 196,4 km NORTE CENTRO 296,26 km 321,35 km Socabaya Moquegua SUR OESTE Paramonga 221,17 km La Niña Trujillo Chimbote 22 kv 138 kv Enlace Mantaro Socabaya (agosto 214) Mantaro (Campo Armiño) IP2 R-15 IN-2644 XC2 IP12 XL12 IP7 XL13 IP13 XC4 Socabaya IP4 Sistema Interconectado Centro - Norte 296,26 km 321,35 km L-252 B2 IP2 IP8 22kV 22kV 22kV IP1 B1 IP5 L-251 L-253 B3 B4 IP4 IP3 L-254 22kV Sistema Interconectado Sur IP1 IP6 296,26 km 321,35 km XC1 IP11 IP14 XC3 IP3 XL11 XL14 IN-2646 R-16 2
Eventos importantes en el enlace Mantaro Socabaya: 1. Sobretensión sub-armónica 2. Sobretensión temporal 75 5 25 X/Ohm(primary) -25-5 -75-1 -125 3. Oscilación de potencia -15-1 -5 5 1 15 2 R/Ohm(primary) ZInE ZOutE ZmodInE ZmodOutE Z L1E* Z L2E* Z L3E* 1. Sobretensión sub-armónica Mantaro IP2 XC2 XL12 XL13 IP12 IP13 IP7 XC4 3ø Socabaya IP4 Sistema Interconectado Centro - Norte 296,26 km 321,35 km L-252 B2 IP2 5% 22kV 5% IP1 B1 B3 IP4 IP8 22kV IP5 B4 IP3 6% 6% L-254 L-251 L-253 1ø Sistema Interconectado Sur 22kV IP1 296,26 km IP6 321,35 km XC1 IP11 IP14 XC3 XL11 XL14 IP3 22kV Sobretensión ocurrida el 18.3.27 en la línea L- 251 en la S.E. 3
1. Sobretensión sub-armónica Sobretensión registrada el 18.3.27 en la barra B1 de la S.E., asociada a la línea L-251, durante el recierre de la línea L-253. 1. Sobretensión sub-armónica Falla trifásica en la línea L-254 y falla monofásica ( T ) en la línea L-253, ocurrida el 18.3.27 R C/2 C/2 S T C /2 C /2 L-254 (falla 3Φ) L-253 (falla 1 Φ) Representación de la línea con parámetros concentrados (simplificado), compensación serie, reactor de línea y falla ocurrida el 18 de marzo de 27. 4
1. Sobretensión sub-armónica Comportamiento de la tensión, corriente del capacitor y corriente del varistor de una compensación serie capacitiva para una falla en la red de transmisión (simulación). 3I Capacitor Tensión remanente, si se despeja la falla en ese instante de lo contario será después de medio ciclo y de polaridad negativa. 3I Varistor V Capacitor 1. Sobretensión sub-armónica R P R C/2 C/2 S P S + Vr - V T T P T =MW C /2 C /2 L-253 (falla 3Φ) L-253 (falla 1 Φ) Circuito R-L-C de oscilación de la carga remante del capacitor serie Vr: Tensión remanente, el signo depende del valor de la corriente instantes antes de la extinción de arco eléctrico en el interruptor. 5
1. Sobretensión sub-armónica Durante la sobretensión se resalta lo siguiente: La sobretensión en la fase T es sub-armónica de aproximadamente 14 Hz. La sobretensión solo se registró en la S.E. no se registró en la S.E. Campo Armiño (Mantaro). No se registró sobretensiones en las fases R y S. Solo existió transferencia de potencia en las fases R y S. Durante el proceso de recierre de las líneas L-253 o L-254 no es necesario tener conectado la fase T de las líneas L-251 y L- 252. Por lo tanto, durante este proceso se puede realizar el disparo monofásico transferido hacia la S.E. Campo Armiño para desconectar la fase con sobretensión de las líneas L-251 o L-252. 1. Sobretensión sub-armónica Relé ABB modelo RED67 Tensión RST Fase T abierta (IP5) Fase T abierta (IP6) 59 Función 59 R S T AND T 2 ms Temporizador Disparo transferido por fase (DTF) Esquema de protección Regresar a Eventos Importantes 6
2. Sobretensión temporal (Campo Armiño) Mantaro IP2 1ø R-15 IN-2644 XC2 XL12 XL13 IP12 IP13 IP7 XC4 Socabaya IP4 Sistema Interconectado Centro - Norte 296,26 km 321,35 km B2 B3 L-254 L-252 IP2 IP4 IP8 22kV 22kV 22kV IP5 IP1 B1 B4 IP3 L-251 L-253 22kV Sistema Interconectado Sur IP1 Fallas ocurridas: Fase R el 15.2.212 Fase S el 18.3.212 296,26 km IP6 321,35 km XC1 IP11 IP14 XC3 XL11 XL14 IN-2646 R-16 IP3 2. Sobretensión temporal Registro oscilográfico de la línea L-251 y L-252 en la S.E., falla ocurrida el 15.2.212 U/kV 2 1-1 -2 -.14 -.12 -.1 -.8 -.6 -.4 -.2..2.4 L-251 Registro S.E. -3 I/kA 2.5. -2.5-5. one 25 K1:LINE1_UL1 K1:LINE1_UL2 K1:LINE1_UL3 -.14 -.12 -.1 -.8 -.6 -.4 -.2..2.4 K1:SUM_CT_IL1 K1:SUM_CT_IL2 K1:SUM_CT_IL3 Tensión Corriente -.14 -.12 -.1 -.8 -.6 -.4 -.2..2.4-25 -5 U/kV K1:L6D-IDL1 K1:L6D-IDL2 K1:L6D-IDL3 Corriente diferencial 2 1 -.14 -.12 -.1 -.8 -.6 -.4 -.2..2.4 L-252 Registro S.E. -1-2 -3 K2:LINE1_UL1_1 K2:LINE1_UL2_1 K2:LINE1_UL3_1 I/kA one 2 -.14 -.12 -.1 -.8 -.6 -.4 -.2..2.4-2 K2:SUM_CT_IL1_1 K2:SUM_CT_IL2_1 K2:SUM_CT_IL3_1 INICIO DE LA FALLA 2 -.14 -.12 -.1 -.8 -.6 -.4 -.2..2.4-2 K2:L6D-IDL1_1 K2:L6D-IDL2_1 K2:L6D-IDL3_1 Tensión Corriente Corriente diferencial 7
T S R C /2 C /2 L-252 C/2 C/2 V confalla L-251 C/2 C/2 V sinfalla Campo Armiño C /2 C /2 Representación simplificada de las líneas L-251 y L-252 (Campo Armiño ) de 22 kv. 2. Sobretensión temporal Comportamiento de la tensión de la fase S de la línea L-251 para una falla en la fase S de la línea L-252 (simulación). 28 kv fase-tierra 486 kv fase-fase Tensiones en la línea L-251 para una falla monofásica en la línea L-252 con Rf = 35 Ω, ubicada a 24,4 km de la S.E. (v:vconfb, tensión en la fase S en punto de falla de la L-252; v:vsinfb, tensión en la fase S en la L-251 en la misma ubicación de la falla) 8
2. Sobretensión temporal Comportamiento de la tensión de la fase S de la línea L-251 para una falla en la fase S de la línea L-252 (simulación). 335 kv fase-tierra 582 kv fase-fase Tensiones en la línea L-251 para una falla monofásica en la línea L-252 con Rf = Ω, ubicada a 24,4 km de la S.E. (v:vconfb, tensión en la fase S en punto de falla de la L-252; v:vsinfb, tensión en la fase S en la L-251 en la misma ubicación de la falla) 2. Sobretensión temporal Comportamiento de la corriente diferencial de la línea no fallada si se conectan pararrayos de línea (simulación). Corriente diferencial de las fases R, S y T en la línea L-251 para una falla monofásica en la línea L-252 con Rf = 35 Ω ubicada a 24,4 km de la S.E. considerando un pararrayo de línea instalado en el punto de falla y sin considerar la pérdida de aislamiento de los aisladores de la línea sana. 9
2. Sobretensión temporal Del evento se resalta lo siguiente: La segunda falla, registrada en la línea paralela, después de 6 ms o 75 ms de ocurrido la primera falla, no se debe a descargas atmosféricas. Estas fallas son de gran probabilidad que sea originada por la pérdida de aislamiento de los aisladores o pararrayos instalados en la línea paralela sin falla, debido a la sobretensión presentada. Por lo tanto, es necesario que se realice la verificación de la soportabilidad de las cadenas de aisladores y pararrayos instalados en las líneas del enlace Mantaro Socabaya de 22 kv teniendo en cuenta la sobretensión presentada en la fase de la línea sin falla. Regresar a Eventos Importantes Principio de operación de la función de oscilación de potencia: (1) : Comportamiento durante una falla Zona de protección (2) : Oscilación amortiguada de potencia (3) : Oscilación amortiguada de potencia (4) : Oscilación con pérdida de sincronismo 1
Principio de operación de la función de oscilación de potencia: Límite de transmisión por estabilidad en el año 27: Mantaro (Campo Armiño) 28 MW L-251 L-252 5% 6% L-253 L-254 Socabaya 2 circuitos: 5% 6% R carga = (.85*22) 2 /(14*1.3) = 192,14 ohms 1 circuito: R carga = (.85*22) 2 /(28*1.3) = 96,7 ohms ALCANCE RESISTIVO R carga 11
Límite de transmisión por estabilidad en el año 211: Mantaro (Campo Armiño) L-251 L-253 Socabaya 46 MW L-252 L-254 2 circuitos: R carga = (.85*22) 2 /(23*1.3) = 116,95 ohms 1 circuito: R carga = (.85*22) 2 /(46*1.3) = 58,48 ohms ALCANCE RESISTIVO R carga Comportamiento de la potencia en la línea L-253 durante la desconexión manual de una línea L-254, realizada el 14.1.211 Trigger 14/1/211 7:45:13 a.m..156 P*/MW 4 3 2..5 1. 1.5 2. 2.5 3. P* PHS-STFWL1 PHS-STFWL2 PHS-STFWL3 PHS-STFWPE PSD1-START..5 1. 1.5 2. 2.5 3. Registro de potencia activa en la línea L-253 en la S.E. registrada el 14.1.211 12
Comportamiento del diagrama de impedancia durante la maniobra. 75 5 25 Salto con falla X/Ohm(primary) -25-5 -75-1 Ajustes implementado posteriormente Prefalla -125-15 Diagrama ajustado durante la maniobra Salto durante maniobra -1-5 5 1 15 2 R/Ohm(primary) ZInE ZOutE ZmodInE ZmodOutE Z L1E* Z L2E* Z L3E* Diagrama de impedancia con los registros oscilográficos de la L-253 medido en la S.E. registrada el 14.1.211 Oscilaciones no detectadas 3 25 2 15 X/Ohm(primary) 1 5-5 -1-15 -2-2 -1 1 2 3 4 5 6 R/Ohm(primary) ZInE ZOutE ZmodInE ZmodOutE Z L1E* Z L2E* Z L3E* Diagrama de impedancia con los registros oscilográficos de la L-253 medido en la S.E. del evento ocurrido el 8.2.212 13
Oscilaciones no detectadas 15 14 13 12 11 1 X/Ohm(primary) 9 8 7 6 5 4 3 2 1-1 -125-1 -75-5 -25 25 5 75 1 125 R/Ohm(primary) ZInE ZOutE ZmodInE ZmodOutE Z L1E* Z L2E* Z L3E* Diagrama de impedancia con los registros oscilográficos de la L-253 medido en la S.E. Socabaya del evento ocurrido el 8.2.212 CONCLUSIONES Las líneas con compensación capacitiva serie y reactores shunt son susceptibles a la sobretensiones sub-armónicas. Por tal motivo, este fenómeno debe ser estudiado minuciosamente con el objetivo de mitigarlo. En el Perú, a fin de mitigar la sobretensión se implementó una lógica como se muestra en la figura. El cual supervisa, durante el tiempo muerto de recierre, la tensión y posición de los interruptores de la línea no fallada. Relé ABB modelo RED67 Tensión RST Fase R abierta (IP5) Fase R abierta (IP6) 59 Función 59 T S R AND T 2 ms Temporizador Disparo transferido por fase (DTF) 14
CONCLUSIONES En líneas paralelas con compensación capacitiva serie y reactores shunt, se debe evaluar el comportamiento de las tensiones de la línea no fallada para fallas en la línea paralela con el objetivo de verificar el aislamiento de los equipos a instalar. Se debe realizar un estudio detallado de las oscilaciones que se pueden ocurrir en líneas con alto flujo de carga. De ser necesaria deben contar con esquemas de bloqueo por oscilación de potencia, que no sólo funcionen basado en el esquema tradicional (doble característica externo a la zona de protección). Humberto Galoc Maslucán hgaloc@coes.org.pe hgaloc@yahoo.com.pe 7.9.214 15