ES2682062B2 - Sistema y metodo de proteccion frente a faltas entre espiras en devanados de excitacion de maquinas sincronas con excitacion estatica - Google Patents
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Description
DESCRIPCION
Sistema y metodo de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation de maquinas slncronas con excitation estatica.
Objeto de la invention
La presente invention pretende desarrollar una nueva protection para faltas entre espiras en los devanados de excitation de maquinas slncronas con excitation estatica capaz de detectar este tipo de defectos con la maquina en funcionamiento.
Una clara aplicacion son los sistemas de generation de energla electrica, en los que se utilizan generadores slncronos. Con el sistema objeto de la presente invention se pretende detectar el defecto entre espiras en los devanados de excitation en maquinas con excitation estatica.
Problema tecnico a resolver y Antecedentes de la invention
Toda instalacion electrica debe estar dotada de sistemas de protection que la hagan segura ante posibles cortocircuitos y otros defectos que puedan causar danos tanto a las propias instalaciones como a las personas.
En el caso de grupos de generation, dichas protecciones deben, ademas, garantizar el suministro de energla a la red del modo mas fiable posible, tratando de discriminar los niveles de gravedad de las faltas que se produzcan.
Uno de los posibles defectos que se pueden presentar en las maquinas slncronas, es la falta entre espiras en los devanados de excitation.
Los devanados de excitation son alimentados por corriente continua. El defecto entre espiras en estos devanados puede no ser peligroso, admitiendose en algunas maquinas un determinado porcentaje de espiras en cortocircuito. Para la detection de este tipo de defectos.
Por lo tanto suele ser practica habitual el realizar ensayos en los devanados de excitation cuando con las maquinas paradas.
Uno de los metodos mas utilizado es el conocido como equilibrio de polos (Pole drop testing). Este ensayo consiste en alimentar el devanado de excitation con una tension determinada y comprobar la tension en cada uno de los polos que componen el devanado. Si alguna de las tensiones medidas es inferior a la del resto de los polos, esto indica que en el polo correspondiente existe un defecto entre espiras. Normalmente este ensayo se realiza con una fuente de tension de corriente alterna, aunque en corriente continua tambien funciona.
Otro metodo es la aplicacion de una onda de tension con muchas frecuencias, y hacer un analisis de la respuesta en frecuencia del devanado. Se puede hacer con una onda cuadrada (tipo delta Dirac) o bien con una onda senoidal donde se varla la frecuencia. Para evaluar si el devanado tiene defecto o no hay que comparar el resultado del ensayo con otro ensayo en condiciones normales sin defecto. Otra posibilidad es realizar el ensayo polo a polo y compararlos, si algun polo tiene una respuesta en frecuencia distinto, indica que tiene un defecto.
Todos estos metodos necesitan que la maquina este fuera de servicio para verificar si hay defecto entre espiras en el devanado de excitacion.
Ademas conviene tener en cuenta una serie de patentes relacionadas con la invention: PCT/US2010/021948 (25.01.2010) ES2426970 T3 (28.10.2013) General Electric Company (100.0%) ROBUST ON LINE STATOR TURN FAULT IDENTIFICATION SYSTEM.
P201431921 (23.12.2014) ES2534950 A1 (30.04.2015) UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID (100.0%) Sistema y metodo de protection ante faltas entre espiras en maquinas slncronas
Description de la invencion
Con objeto de aportar una solution a la problematica citada anteriormente, se presenta el siguiente Sistema y Metodo de proteccion frente a faltas (cortocircuitos) entre espiras en devanados de excitation de maquinas slncronas con excitation estatica.
El sistema y el metodo objetos de la invencion ofrecen una proteccion para maquinas electricas slncronas de excitacion estatica que detecta defectos entre espiras de los arrollamientos de excitacion.
La fuerza magnetomotriz creada por el devanado de excitacion de una maquina slncrona es el producto del numero de espiras y la corriente que circula por el devanado.
El principio de funcionamiento de esta proteccion esta basado en que en el caso de cortocircuito entre espiras en el devanado de excitacion, para producir la misma fuerza magnetomotriz es necesario que circule mas corriente. Por lo tanto en caso de falta entre espiras para unas condiciones de funcionamiento determinadas la corriente de excitacion debe aumentar proporcionalmente al numero de espiras en cortocircuito.
El sistema de proteccion frente a faltas entre espiras en devanados de excitacion de maquinas slncronas con excitacion estatica incluye:
- al menos un sensor de corriente de excitacion, conectado al devanado de excitacion de la maquina slncrona;
- al menos un medidor de corriente de inducido, conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona;
- al menos un medidor de tension de inducido, conectado a dicha fase del devanado de inducido de la maquina slncrona;
- un modulo de calculo, conectado a dicho al menos un medidor de corriente de inducido y a dicho al menos un medidor de tension de inducido, donde el modulo de calculo esta configurado para calcular una corriente de excitacion teorica en funcion de al menos una medida de corriente de inducido y de al menos una medida de tension de inducido; - un modulo comparador, conectado a dicho al menos un sensor de corriente de excitacion y al modulo de calculo, donde el modulo comparador esta configurado para:
o efectuar una comparacion entre al menos una medida de corriente de excitacion y la corriente de excitacion teorica multiplicada por un determinado coeficiente, y;
o enviar una senal de disparo hacia un dispositivo de protection, en caso de detectar que la medida de corriente de excitation es mayor que la corriente de excitation teorica multiplicada por el mencionado coeficiente.
De manera preferente, el sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye un temporizador conectado al modulo comparador. El temporizador esta configurado para retardar, durante un intervalo de tiempo predeterminado, el envlo de la senal de disparo hacia el dispositivo de protection.
Segun una posible forma de realization de la invention, el sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye tres medidores de corriente de inducido, cada uno respectivamente conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona. Igualmente, segun esta forma de realization de la invention, el sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye tres medidores de tension de inducido, cada uno respectivamente conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona.
Segun otra forma de realization de la invention, el sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye dos medidores de corriente de inducido, cada uno respectivamente conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona, y dos medidores de tension de inducido, cada uno respectivamente conectado a las mencionadas fases fase del devanado de inducido de la maquina slncrona.
Segun un aspecto de la invention, cada medidor de corriente de inducido comprende un transformador de corriente.
Tambien segun un aspecto de la invention, cada medidor de tension de inducido comprende un transformador de tension.
Tal y como ya se ha mencionado, la presente invention se refiere tambien a un metodo de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation de maquinas slncronas con excitacion estatica.
El metodo de protection frente a faltas entre espiras, objeto de la presente invention, comprende:
- efectuar al menos una medida de corriente de excitation en el devanado de excitation de una maquina slncrona;
- efectuar al menos una medida de corriente de inducido en al menos una fase del devanado de inducido de dicha maquina slncrona;
- efectuar al menos una medida de tension de inducido en dicha fase del devanado de inducido de una maquina slncrona;
- efectuar un calculo de una corriente de excitation teorica en funcion de dicha al menos una medida de corriente de inducido y de dicha al menos una medida de tension de inducido;
- multiplicar la corriente de excitation teorica calculada por un determinado coeficiente, “k”;
- efectuar una comparacion entre la medida de corriente de excitacion y la corriente de excitacion teorica calculada, multiplicada por el mencionado coeficiente "k”;
- enviar una senal de disparo hacia un dispositivo de protection en caso de detectar que el valor de la medida de corriente de excitacion es mayor que la corriente de excitacion teorica calculada, multiplicada por el mencionado coeficiente "k”.
De manera preferente, el metodo de proteccion frente a faltas entre espiras comprende retardar el envlo de la senal de disparo al dispositivo de proteccion, durante un intervalo de tiempo determinado. Esto se hace con el objetivo de evitar disparos espurios. De esta forma si pasado el mencionado intervalo de tiempo determinado, se detecta que el valor de la medida de corriente de excitacion sigue siendo mayor que la corriente de excitacion teorica calculada, multiplicada por el coeficiente, "k”, se envia la senal de disparo al dispositivo de proteccion.
Segun una primera forma de realization del metodo de proteccion frente a faltas entre espiras, el metodo comprende efectuar al menos una medida de corriente de inducido en cada una de las tres fases del devanado de inducido de la maquina slncrona, y; efectuar al menos una medida de tension de inducido en cada una de las tres fases del devanado de inducido de la maquina slncrona.
Segun otra forma de realizacion del metodo de proteccion frente a faltas entre espiras, el metodo comprende efectuar al menos una medida de corriente de inducido en dos fases (cualesquiera) de las tres fases del devanado de inducido de la maquina slncrona, y; efectuar al menos una medida de tension de inducido en dichas dos de las tres fases del devanado de inducido de la maquina slncrona.
Breve descripcion de las figuras
Para complementar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invention, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.
Figura 1: muestra un esquema de una primera forma de realizacion del sistema de proteccion frente a faltas entre espiras en devanados de excitacion de maquinas slncronas con excitacion estatica.
Figura 2: muestra un esquema de una segunda forma de realizacion del sistema de proteccion frente a faltas entre espiras en devanados de excitacion de maquinas slncronas con excitacion estatica.
Descripcion detallada
La presente invencion se refiere, como ya se ha mencionado anteriormente, a un Sistema y Metodo de proteccion frente a faltas (cortocircuitos) entre espiras en devanados de excitacion de maquinas slncronas (1) con excitacion estatica.
El sistema de proteccion frente a faltas entre espiras incluye un sensor (6) de corriente de excitacion, de obtencion de medidas de corriente de excitacion (13). El sensor (6) de corriente de excitacion esta conectado al devanado de excitacion (3) de una maquina slncrona (1). La salida de dicho sensor (6) de corriente de excitacion es la medida de corriente de excitacion (13).
El sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye al menos un medidor de corriente de inducido (4), de obtencion de medidas de corriente de inducido (7, 8, 9). Cada medidor de corriente de inducido (4) esta conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona (1). La salida de cada medidor (4) de corriente de inducido es la medida de corriente de inducido (7, 8, 9).
Adicionalmente, el sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye al menos un medidor de tension de inducido (5), de obtencion de medidas de tension de inducido (10, 11, 12). Cada medidor de tension de inducido (5) esta conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona (1). La salida de cada medidor (5) de tension de inducido es la medida de tension de inducido (10, 11, 12).
El sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye un modulo de calculo (14). A la entrada de dicho modulo de calculo (14) estan conectadas las salidas de cada medidor de corriente de inducido (4) y de cada medidor de tension de inducido (5).
El modulo de calculo (14) esta configurado para calcular, en funcion de las medidas de corriente de inducido (7, 8, 9) y en funcion de las medidas de tension de inducido (10, 11, 12), la corriente de excitation teorica (15) que deberla circular por el devanado de excitation (3). Por tanto, la salida de dicho modulo de calculo (14) es la corriente de excitation teorica (15) calculada.
El calculo de la corriente de excitation teorica (15) se realiza en base a un modelo equivalente de la maquina slncrona (1).
Se pueden emplear diversos modelos equivalentes de la maquina slncrona (1).
En caso de que la medida de corriente de excitation (13), medida por el sensor (6) de corriente de excitation, sea considerablemente superior a la corriente de excitation teorica (15) calculada, se puede concluir que hay un defecto (cortocircuito) entre las espiras en el devanado de excitacion (3).
En condiciones normales, se asume y se admite que en una maquina slncrona (1) pueda haber un determinado numero de espiras en cortocircuito en el devanado de excitation (3). Por lo tanto, es relativamente normal que la medida de corriente de excitation (13), medida por el sensor (6) de corriente de excitation, sea algo superior a una determinada corriente de excitation teorica (15) calculada.
De manera preferente, el sistema de protection frente a faltas entre espiras objeto de la presente invention esta configurado para multiplicar la corriente de excitation teorica (15), calculada en el modulo de calculo (14), por un coeficiente "k” (16). Este coeficiente k (16) absorbe el efecto del aumento de la corriente de excitation causado por un determinado numero de espiras en cortocircuito, en el devanado de excitation (3), que se considera admisible.
El sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye un modulo comparador (17).
A una entrada del modulo comparador (17) esta conectada la salida del modulo de calculo (14), previamente multiplicada por el coeficiente k (16).
A otra entrada del modulo comparador (17) esta conectada la salida del sensor (6) de corriente de excitacion.
El modulo comparador (17) esta configurado para hacer la comparacion entre la medida de corriente de excitacion (13) y la corriente de excitacion teorica (15), calculada en el modulo de calculo (14), multiplicada por el coeficiente k (16).
De esta forma, se puede ajustar el umbral de disparo de un dispositivo de protection (no representado) en funcion de un determinado numero admisible de espiras en cortocircuito en el devanado de excitacion (3). El dispositivo de proteccion esta configurado para interrumpir el suministro de corriente al devanado de excitacion (3) de la maquina slncrona (1).
Por tanto, el sistema de proteccion frente a faltas entre espiras esta configurado para enviar una senal de disparo (a la salida del modulo comparador (17)) hacia el dispositivo de proteccion, si detecta que la medida, de corriente de excitacion (13), "B”, tomada por el sensor (6) de corriente de excitacion, es mayor que la corriente de excitacion teorica (15), calculada en el modulo de calculo (14), multiplicada por el coeficiente k (16), "A”.
De manera preferente, el sistema de proteccion frente a faltas entre espiras incluye un temporizador (18) ajustable para evitar disparos espurios. El temporizador se intercala entre el modulo comparador (17) y el dispositivo de proteccion. A una entrada del temporizador (18) se conecta la salida del modulo comparador (17).
El temporizador (18) esta configurado para retardar, durante un periodo de tiempo predeterminado, la senal de disparo al dispositivo de proteccion.
Si, pasado dicho periodo de tiempo predeterminado (TON), el modulo comparador (17) sigue detectando que la medida de corriente de excitacion (13), tomada por el sensor (6) de corriente de excitacion, es mayor que la corriente de excitacion teorica (15), calculada en el modulo de calculo (14), multiplicada por el coeficiente k (16), el temporizador (18) deja pasar la senal de disparo (19) al dispositivo de proteccion.
Segun una posible implementation del presente sistema de proteccion frente a faltas entre espiras en devanados de excitacion de maquinas slncronas (1), el dispositivo de proteccion es un rele.
Segun una primera forma de realization, el dispositivo de proteccion frente a faltas entre espiras incluye un primer medidor de corriente de inducido (4) conectado a una primera fase "a” del devanado de inducido; un segundo medidor de corriente de inducido (4) conectado a una segunda fase "b” del devanado de inducido, y; un tercer medidor de corriente de inducido (4) conectado a una tercera fase "c” del devanado de inducido.
Segun esta primera forma de realizacion, el dispositivo de proteccion frente a faltas entre espiras incluye preferentemente un primer medidor de tension de inducido (5) conectado a la primera fase "a” del devanado de inducido; un segundo medidor de tension de inducido (5) conectado a la segunda fase "b” del devanado de inducido, y; un tercer medidor de tension de inducido (5) conectado a la tercera fase "c” del devanado de inducido.
Segun una segunda forma de realizacion, el dispositivo de proteccion frente a faltas entre espiras incluye unicamente un medidor de corriente de inducido (4) conectado a una primera fase "a” del devanado de inducido, y; unicamente un medidor de tension de inducido (5) conectado a la primera fase "a” del devanado de inducido. No obstante, en esta segunda forma de realizacion, el medidor de corriente (4) y el medidor de tension (5) pueden conectarse a cualquiera de las fases del devanado de inducido.
Asimismo, segun una posible forma de realizacion (no representada), el sistema de protection frente a faltas entre espiras incluye dos medidores de corriente de inducido (4) conectados a dos fases cualesquiera del devanado de inducido y dos medidores de tension de inducido (5) conectados a dichas fases del devanado de inducido.
De manera preferente, cada medidor de corriente de inducido (4) comprende un transformador de corriente.
Asimismo, de manera preferente, cada medidor de tension de inducido (5) comprende un transformador de tension.
Tal y como se ha mencionado, la presente invention se refiere tambien a un metodo de proteccion frente a faltas entre espiras en devanados de excitation de maquinas slncronas con excitation estatica.
El metodo de proteccion frente a faltas entre espiras comprende:
- efectuar al menos una medida de corriente de excitacion (13) en el devanado de excitacion (3) de una maquina slncrona (1);
- efectuar el menos una medida de corriente de inducido (7, 8, 9) en al menos una fase del devanado de inducido de dicha maquina slncrona (1);
- efectuar al menos una medida de tension de inducido (10, 11, 12) en dicha fase del devanado de inducido de una maquina slncrona (1);
- efectuar un calculo de una corriente de excitacion teorica (15) en funcion de la al menos una medida de corriente de inducido (7, 8, 9) y de la al menos una medida de tension de inducido (10, 11, 12);
- multiplicar la corriente de excitacion teorica (15) calculada por un coeficiente, k (16);
- efectuar una comparacion entre la medida de corriente de excitacion (13) y la corriente de excitacion teorica (15) calculada, multiplicada por el coeficiente, k (16);
- enviar una senal de disparo (19) hacia un dispositivo de proteccion en caso de detectar que el valor de la medida de corriente de excitacion (13) es mayor que la corriente de excitacion teorica (15) calculada, multiplicada por el coeficiente, k (16).
De manera preferente, el metodo de proteccion frente a faltas entre espiras comprende retardar el envlo de la senal de disparo (19) al dispositivo de proteccion, durante un intervalo de tiempo determinado (TON), con el objeto de evitar disparos espurios. De esta forma, si pasado el mencionado intervalo de tiempo determinado (TON), se detecta que el valor de la medida de corriente de excitacion (13) sigue siendo mayor que la corriente de excitacion teorica (15) calculada, multiplicada por el coeficiente, k (16), se envla la senal de disparo (19) al dispositivo de proteccion.
Claims (10)
1. Sistema de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica, caracterizado por que comprende:
- al menos un sensor (6) de corriente de excitation, conectado al devanado de excitation (3) de la maquina slncrona (1);
- al menos un medidor de corriente de inducido (4), conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona (1);
- al menos un medidor de tension de inducido (5), conectado a dicha fase del devanado de inducido de la maquina slncrona (1);
- un modulo de calculo (14), conectado al al menos un medidor de corriente de inducido (4) y al al menos un medidor de tension de inducido (5), donde el modulo de calculo (14) esta configurado para calcular una corriente de excitation teorica (15) en funcion de al menos una medida de corriente de inducido (7, 8, 9) y de al menos una medida de tension de inducido (10, 11, 12);
- un modulo comparador (17), conectado al al menos un sensor de corriente de excitation (6) y al modulo de calculo (14), donde el modulo comparador (17) esta configurado para:
o efectuar una comparacion entre al menos una medida de corriente de excitation (13) y la corriente de excitation teorica (15) multiplicada por un determinado coeficiente (16), y;
o enviar una senal de disparo (19) hacia un dispositivo de protec t i on, en caso de detectar que la medida de corriente de excitation (13) es mayor que la corriente de excitation teorica (15) multiplicada por el mencionado coeficiente (16).
2. Sistema de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica segun la rev indication 1, caracterizado por que comprende un temporizador (18) conectado al modulo comparador (17), donde el temporizador (18) esta configurado para retardar, durante un intervalo de tiempo predeterminado, el envlo de la senal de disparo (19) hacia el dispositivo de protection.
3. Sistema de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica segun la rev indication 1, caracterizado por que comprende tres medidores de corriente de inducido (4), cada uno respectivamente conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona (1), y tres medidores de tension de inducido (5), cada uno respectivamente conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona (1).
4. Sistema de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica segun la revindication 1, caracterizado por que comprende dos medidores de corriente de inducido (4), cada uno respectivamente conectado a una fase del devanado de inducido de la maquina slncrona (1), y dos medidores de tension de inducido (5), cada uno respectivamente conectado a las mencionadas fases fase del devanado de inducido de la maquina slncrona (1).
5. Sistema de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada medidor de corriente de inducido (4) comprende un transformador de corriente.
6. Sistema de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada medidor de tension de inducido (5) comprende un transformador de tension.
7. Metodo de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica, caracterizado por que comprende:
- efectuar al menos una medida de corriente de excitation (13) en el devanado de excitation (3) de una maquina slncrona (1);
- efectuar al menos una medida de corriente de inducido (7, 8, 9) en al menos una fase del devanado de inducido de dicha maquina slncrona (1);
- efectuar al menos una medida de tension de inducido (10, 11, 12) en dicha fase del devanado de inducido de una maquina slncrona (1);
- efectuar un calculo de una corriente de excitation teorica (15) en funcion de la al menos una medida de corriente de inducido (7, 8, 9) y de la al menos una medida de tension de inducido (10, 11, 12);
- multiplicar la corriente de excitation teorica (15) calculada por un coeficiente (16);
- efectuar una comparacion entre la medida de corriente de excitation (13) y la corriente de excitation teorica (15) calculada, multiplicada por el mencionado coeficiente (16);
- enviar una senal de disparo (19) hacia un dispositivo de protection en caso de detectar que el valor de la medida de corriente de excitation (13) es mayor que la corriente de excitation teorica (15) calculada, multiplicada por el mencionado coeficiente (16).
8. Metodo de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica segun la revindication 7, caracterizado por que comprende retardar el envlo de la senal de disparo (19) al dispositivo de protection, durante un intervalo de tiempo determinado.
9. Metodo de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica segun cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que comprende efectuar al menos una medida de corriente de inducido (7, 8, 9) en cada una de las tres fases del devanado de inducido de la maquina slncrona (1), y; efectuar al menos una medida de tension de inducido (10, 11, 12) en cada una de las tres fases del devanado de inducido de la maquina slncrona (1).
10. Metodo de protection frente a faltas entre espiras en devanados de excitation (3) de maquinas slncronas (1) con excitation estatica segun cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que comprende efectuar al menos una medida de corriente de inducido (7, 8, 9) en dos de las tres fases del devanado de inducido de la maquina slncrona (1), y; efectuar al
menos una medida de tension de inducido (10, 11, 12) en dichas dos de las tres fases del devanado de inducido de la maquina slncrona (1).
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