C&JfTlT© DE INVESTI8ACI9IÍ Y P£ ESTUDIOS AVA^Z^DOS BFl I.

P . N.

b i b l i o t e c a

INGENIERIA ELECTRICA

C E N T R O DE I N V E S T I G A C I O N Y DE E S T U D I O S A V A N Z A D O S DEL

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

D E P A R T A M E N T O DE I N G E N I E R I A E L E C T R I C A SECCION COMPUTACION

T e m a de tesis:

S I S T E M A DE P R O T E C C I O N E L E C T R I C A EN B A S E A M I C R O P R O C E S A D O R E S EN C E N T R A L E S T E R M O E L E C T R I C A S

Alumno :

ING.

VICTOR GONZALEZ ROSALES

Asesores :

DR. M.

JAN JANEC EK en C.

JORGE BUE N A B A D CHAV EZ

M A R Z O DE 1991

AGRADECIMIENTOS.

Con

cariño

mi madre,

y agradecimiento

Petra Rosales

a

a quien

dedi c o ést e logro.

A mis hermanos, una parte

quienes

forman

i m p o r t a n t e d e mi.

A mis

amigos,

que me

impulsaron

y apoyaron a culminar éste

C W T M Dí tíT¡JEMOS

Y tt ÍFI

!. P. N. a

IB

L- I O

T E C A

INGENIERIA ELECTRICA

reto

Al y

Consejo al

Nacional

Instituto

por el y en la

A

apoyo

de

y

Tecnología

Investigaciones

de

Ciencia

Eléctricas

brindado en mi

formación profesional

realización de éste proyecto.

los

investigadores del Departamento

E léc t r i c o que de alguna man e r a hicieron p o s ible la elaboración de é ste proyecto

Un

agradecimiento especial

Domitilo Libreros por el

a l M.

e n C.

apoyo brindado

e n esta tesis y por los c o n sejos q ue de él obtuve.

Y

a

ti,

que

lo

importante

dispuesto en cualquier d e s e r l o q u e s e es,

C\MJr^ Dí lfi:í.-:-:;:u.

8250. Estas rutinas tienen . la finalidad de realizar i n i c i a l i z a c i ó n d e l p u e r t o d e c o m u n i c a c i o n e s s e r i e (U A R T 8 2 5 0 ) , las siguientes c a r a c terísticas : * * * * *

Longitud de palabra de 7 bits Sin paridad 2 bits de paro Baud rate de 9600 b.p.s. Transmisión / recepción mediante

la con

interrupciones

A d e m á s de c o l o c a r el v e c t o r de i n t e r r u p c i ó n é s t e c o n t i e n e la r u t i n a de a t e n c i ó n a la i n t e r r u p c i ó n , m e d i a n t e el c u a l se a t i e n d e a los proce s o s en los qu e se recibe i n f o r mación d e s d e el programa supervisor, para reali z a r cambios en los ajustes de p a r á metros o realizar una restitución, al i gual q u e r e a l i z a el p r o c e s o de t r a s m i t i r i n f o r m a c i ó n q u e s e ñ a l a c u a l r e l e v a d o r se e n c u e n t r a en estado de alarma o disparo. PROCEDIMIENTOS DE

8250.ASM.

* VECTOR_82SO. E st e p r o c e d i m i e n t o colo c a la dirección, en la tabla de vectores del controlador de interrupciones, c o r r e s p o n d i e n t e al offs e t de la rutina de atención. * INT_8250. Esta rutina realiza dos diferentes procesos: el de t r a n s m i t i r i n f o r m a c i ó n d e l e s t a d o d e u n r e l e v a d o r y, recibir info r m a c i ó n par a el cambio de p a r á m e t r o s o restitución.

TABLA. L a f u n c i ó n p r i m o r d i a l d e e s t e p r o g r a m a e s e l d e r e a l i z a r el camb i o de parámetros de u n d eterminado relevador desde la PC o programa supervisor. E s t a r u t i n a i d e n t i f i c a si se t r a t a d e un a j u s t e od e u n a r e s t i t u c i ó n y s e auxilia del estado de la bandera "restituye", siendo los po s i b l e s valores de ésta: restituye = 0FH

restablece una protección

restituye = F0H

cambio de parámetros

31

PROCEDIMIENTOS DE TABLA.ASM. * INSERTA. E sta s e c u e n c i a solo coloca la d i r e c c i ó n e f e ctiva que o b t i e n e el p r o c e d i m i e n t o de T a b l a al "buffer" l l a m a d o " t a b l a _ o f f s e t " , me d i a n t e los apun t a d o r e s índice. * INICIAL. E s t a s e c u e n c i a t i e n e com o f i n a l i d a d el s a b e r si se d e s e a n r e a l i z a r c a m b i o s o no d e s d e l a PC. P a r a e l l o h a c e u n a i n d i c a c i ó n al p r o grama s upervisor de q ue se e n c u entra en c o n d iciones de realizar un ajuste, m e d i a n t e el contenido d e l a b a n d e r a ''cam b i a _ p a r a m ' ' , l a c u a l l e i n d i c a q u é d e c i s i ó n d ebe seguir. S i el v a l o r d e la b a n d e r a es u n a "s", s e e j e c u t a la rutina de "AJUSTA" hasta que se d e t ecta fin de cambio, d a n d o i n i c i o a l p r o g r a m a d e c o o r d i n a c i ó n . L a f i g u r a 3.4. m u e s t r a el d i a g r a m a de flujo. * AJUSTA. Se encarga de modificar los parámetros dentro del s e g m e n t o d e datos, lo cual se l o g r a i n s p e c c i o n a n d o la b a n d e r a l l a m a d a "restituye", p a r a v e r i f i c a r si se t r a t a de u n a j u s t e de p a r á m e t r o s o d e u n a r e s t i t u c i ó n . El d i a g r a m a d e f l u j o s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 3 .5.

TIME. E s t e p r o g r a m a se e n c a r g a de r e a l i z a r la l e c t u r a del reloj del s i s t e m a p a r a l l e v a r el c o n t e o e n t i e m p o r eal, c o n v i r t i e n d o la cuenta alta y baja de estos contadores en u n o solo, que equivale al tiem p o r e c o r r i d o h a sta el momento. Est a m a n e r a de lectura, g a r a n t i z a q u e l o s t i e m p o s a s i g n a d o s s e a n d e m a n e r a real. contador

=

( TIMER_HIGH * OFFFFH

Su dia g r a m a de

) + TIMER_LOW

f l u j o se m u e s t r a e n la

32

figura

3.6.

3.2. A L G O R I T M O S D E P R O T E C C I O N E n e s t e p u n t o se e x p l i c a r á la f u n c i ó n d e c a d a u n o d e los relevadores de protección que se emplean actualmente en la unidad p r o p u e s t a y q u e se i m p l e m e n t a r o n p o r c o m p u t a d o r a , m e n c i o n a n d o sus p r i n c i p a l e s c a r a c t e r í s t i c a s y m o s t r a n d o u n d i a g r a m a e n d o n d e se a p recian sus conexiones con el equipo principal, d ando finalmente u n d i a g r a m a d e flujo, q u e p r o g r a m a d o e n e n s a m b l a d o r , r e a l i z a la contraparte del relevador convencional. 3.2.1.

ALGORITMOS DE PROTECCION AL GENERADOR.

Los

algoritmos

a implementar son los siguientes:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Protección Protección Protección Protección Protección Protección Protección Protección Protección Protección

d i f e r e n c i a l (87G). c o n t r a f a l l a s a t i e r r a e n el e s t a t o r (64G). c o n t r a p é r d i d a d e c a m p o (40 ) . c o n t r a f a l l a s a t i e r r a e n el c a m p o (64F). c o n t r a s o b r e v o l t a j e (59G). d e s o b r e c o r r i e n t e d e s e c u e n c i a n e g a t i v a (4 6 G ) c o n t r a t e m p e r a t u r a a l t a e n el e s t a t o r (49G). d e v o l t a j e b a l a n c e a d o (60). d e p o t e n c i a i n v e r s a (32G). de baja frecuencia (81G).

1.- PROTECCION DIFERENCIAL DEL GENERADOR

(87G).

Esta protección actúa principalmente contra corto circuito entre fases dentro de los devanados del generador. Se emplea u n relevador d iferencial de corriente, el cual puede d e f i n i r s e como un relevador que opera cuando la dif e r e n c i a de dos o más cantidades eléctricas similares exceden una cantidad predeterminada. E n e s t o s r e l e v a d o r e s , l o s T r a n s f o r m a d o r e s d e C o r r i e n t e (TC) s o n c o l o c a d o s en a m b o s e x t r e m o s d e l e l e m e n t o a p r o t e g e r , y sus s e c u n darios son conectados en paralelo con la bobina de operación del relevador para formar un sistema de corriente circulante, como s e m u e s t r a e n la f i g u r a 3.7a. El voltaje inducido en el secundario de los TC hará circular u na corr i e n t e a través de la impedancia combinada de los alambres y l o s TC, c o m o s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 3.7b. N o r m a l m e n t e , las c or r i e n t e s secundarias de lo TC circula entre ellos y no fluye c o r r i e n t e a t r a v é s d e la b o b i n a d e l r e levador, p o r lo que:

36

Cto Flg.

3,7,

Protección

usando

cQ , P r i n c i p i o d © b D . Diagrama de

r e l e v o d o r e e d If e r e n c 1e. Ie e ,

protección diferencial aiamoraao

para

la p r o t , d i r ,

E s t e es el caso para las fallas qu e o c u r r e n fuera de la zona protegida. P e r o s i u n a f a l l a o c u r r e e n e l p u n t o F, d e n t r o d e l a zona protegida, se presenta una d iferencia de corriente de :

37

q u e c i r c u l a p o r l a b o b i n a d e .o p e r a c i ó n d e l r e l e v a d o r , si es t a c o r r i e n t e es m a y o r q u e u n v a l o r p r e d e t e r m i n a d o |lp|, c a u s a r á q u e el r e l e v a d o r d i s p a r é las p r o t e c c i o n e s de los c i r c u i t o s c o n e c t a d o s a éste. Por lo tanto,

y se

el r e l e v a d o r d i s p a r a cuando:

rest r i n g i r á cuando:

El algoritmo de protección diferencial del generador responde d e m a n e r a in s t a n t á n e a , es decir, n o u t i l i z a el c o n c e p t o d e r e tardo de tiempo. Sin embargo, para no realizar un disparo innecesario, se a n a l i z a n las c o r r i e n t e s de e n t r a d a y s a l i d a de las tr e s fases, s i s e d e t e c t a q u e l a d i f e r e n c i a e s t a e n el- l í m i t e o p o r a r r i b a d e lo e s t a b l e c i d o , se r e g i s t r a el e v e n t o y se c o n t i n u a c o n los d emás algoritmos. Si e n el s i g u i e n t e r e c o r r i d o de la c o o r d i n a c i ó n se v o l v i e r a a r e g i s t r a r la i n c i d e n c i a d e fa l l a , el a l g o r i t m o r e s p o n d e a la s i t u a c i ó n a c t i v a n d o su p r o t e c c i ó n , est o s i g n i f i c a q u e sac a de o p e r a c i ó n a los dispo s i t i v o s involucrados y da a v iso a la central de que operó dicha protección. En la

figura

3 .8.

se m u e s t r a el di a g r a m a de

flujo.

2. P R O T E C C I O N C O N T R A F A L L A A T I E R R A E N E L E S T A T O R D E L G E N E R A D O R (64G). La p rotección contra falla a tierra en el estator del g e n e r a d o r f u n c i o n a s o b r e l a b a s e d e d e t e c c i ó n d e v o l t a j e e n el neutro del sistema estando aterrizado a través de una alta impedancia. En este esquema se emplea u n transformador (como se m u e s t r a en la fig. 3.9.), d e b i d o a q u e resistencia para amortiguar el circuito.

38

de se

distribución requiere una

PROTECCIONES: 1.DISPARO INTERRUPTOR GENERADOR (52G). 2.BLOQUEO CIERRE INT. GENERADOR (52G). 3.DISPARO INTERRUPTOR DE CAMPO . 4.BLOQUEO CIERRE INT. DE CAMPO =

voltaje a tierra

se p r e s e n t a

voltaje a tierra

> 0 volts

cuando:

> 5 volts.

t e n i e n d o u n r e t a r d o de t i e m p o de 2 se g u n d o s . Si al f i n a l i z a r este l a p s o s e o b s e r v a q u e e l v o l t a j e s e n s a d o e s t á p o r e n c i m a d e 5v o l t s , se a c t i v a n las prot e c c i o n e s . para este

En ambos casos, su registro. La algoritmo. 3.

se t ransmiten señales de aviso a la central f i g u r a 3.10. m u e s t r a el d i a g r a m a d e f l u j o de

PROTECCION CONTRA PERDIDA DE CAMPO

(40G).

La protección contra pérdida de campo tiene por función detectar excita c i ó n baja y dar alarma antes de que la o p eración del gener a d o r se vuelva inestable. Las causas a).

p r i n c i p a l e s d e b a j a e x c i t a c i ó n son:

Regulador de voltaje desconectado y m a n u a l de e x c i t a c i ó n d e m a s i a d o bajo.

ajuste

b).

Falla de escobillas.

c).

Apertura del interruptor de campo principal o del campo del excitador.

d).

C o r t o circuito en el campo.

e).

F a l t a de a l i m e n t a c i ó n al e q u i p o de exci t a c i ó n .

Para esta protección, se emplean c omúnmente los relevadores de distancia conectados a transformadores de corriente y potencial del generador. 41

El f e n ó m e n o de p é r d i d a de e x c i t a c i ó n es trifá s i c o , p o r lo que se e m p l e a s o l a m e n t e u n r e l e v a d o r m o n o f á s i c o p a r a d e t e c t a r l o , el cu a l es r e p r e s e n t a t i v o de las c o n d i c i o n e s t r i f á sicas. La c o n e x i ó n p a r a d i c h a p r o t e c c i ó n se m u e s t r a en la figu r a 3.11. "

Pig.

a.'l'l. P r o t a c c i o n c o n t r a p a r d i d a d a c a m p o