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Informe n◦7Análisis de contongencias y cortocircuito ensistemas de potenciaJulián Camilo Buitrago Herrera, Juan Camilo Velasquez Molina{julcambuitrago,jcvm94}@utp.eduLaboratorio de Sistemas de Potencia-Programa de Ingeniería EléctricaUniversidad Tecnológica de Pereira1/ Mayo /Resumen—En este documen...

Description

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Informe n◦ 7 Análisis de contongencias y cortocircuito en sistemas de potencia Julián Camilo Buitrago Herrera, Juan Camilo Velasquez Molina {julcambuitrago,jcvm94}@utp.edu.co Laboratorio de Sistemas de Potencia-Programa de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica de Pereira 1/ Mayo /2017

Resumen—En este documento se plantea los resultados obtenidos en la practica 7 de laboratorio, donde se hizo el estudio de las contingencias en el sistema electrico de potencia y de las fallas nodales y los analisis de las corrientes de falla y simetricas,los resultados son plasmados en una serie de tablas que se muestran en la parte de anexos. Resumen—This paper presents the results obtained in laboratory practice 7, where the study of the contingencies in the power system and of the nodal faults and the analysis of the fault and symmetrical currents was made, the results are expressed in A series of tables that are shown in the part of the annexes. Index Terms—contingencia, cortocircuito, fase. Index Terms—Contingency, phase, short circuit. Figura 1. Sistema de potencia en NEPLAN, caso base

I.

I NTRODUCCIÓN

A simulación en el software NEPLAN, de contingencias y fallas en un SEP tales como la salida de una línea de funcionamiento o un corto circuito en uno de los nodos del sistema, exhibe ventajas, incluyendo las diversas variables del resultado del análisis que se pueden conocer como voltajes nodales, corriente de falla por los nodos y las líneas, además de las componentes de secuencia de las dos variables anteriores, este posee la opción de escoger diferentes normas para la solución de las fallas, normas ANSI e IEC. El software ayuda a localizar zonas débiles del sistema, cómo líneas propensas a sobrecargarse fácilmente ante una contingencia y los inconvenientes originados al efectuar aumentos de carga al presentarse alguna contingencia.

L

II.

CONTINGENCIAS 1. Se supone una contingencia en la línea de transmisión que conecta la subestación 4 con la 5: La simulación de este caso se muestra en la figura 2, los valores con los datos obtenidos se muestra en la tabla II.

P ROCEDIMIENTO

Es simulado el SEP mostrado en la figura 1 en el software NEPLAN, este será nombrado como caso base, el voltaje en Figura 2. caso 1 cada uno de los nodos, el flujo de potencia por las líneas junto Al comparar los voltajes nodales entre el caso base y con el porcentaje de carga que presenta la línea se muestra en caso 1, el nodo 5 presenta una caída de de 0.16[pu] la tabla I. en tension rebasando el limite de tensión mínimo El caso base será utilizado como punto de referencia para esto debido a que la linea en la que cual se realizo el análisis en los cambios de las variables que presentan los la contingencia llega al nodo y la carga mas grande demás casos.

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del sistema se encuentra en dicho nodo, ademas el generador mas cercano el G2 no puede suplir la demanda. En cuanto a las lineas se nota un gran aumento en la potencia que fluye por las lineas que conectan los nodos 4-6, al estar conectado al nodo slack y al salir la linea de la contingencia esta linea debe transportar la potencia que necesite el sistema, la linea que conecta los nodos 7-5 también presenta un gran aumento siendo esta la que mas potencia transporta en este caso, es la única linea que conecta al nodo 5 por la contingencia ademas de tener la carga mas grande del sistema en dicho nodo. 2. Se supone una contingencia en la línea de transmisión que conecta la subestación 7 con la 8: La simulación de este caso se muestra en la figura 3, los valores con los datos obtenidos se muestra en la tabla III.

Figura 4. caso 3

Para este caso se puede notar que al aumentar un 20 porciento las cargas en este sistema electrico y ademas hacer una contingencia en la linea que conecta el nodo 4 con el nodo 5, se puede notar que la linea 4, el transformador dos y el nodo 5 tienen una sobre carga que se podra notar en las tablas que se adjunta en la parte de anexos. 4. Se supone un incremento en la demanda del caso base en un 50 % y considere una contingencia en la línea de transmisión que conecta el nodo 7 con 8:

Figura 3. caso 2

Figura 5. caso 4

Para este caso no hubieron grandes variaciones en las tensiones nodales la mayor variación se presento en en el nodo 8, dado que la linea en contingencia se conecta a este nodo ademas de tener una carga conectada a el. La potencia que fluye por las lineas es notable el aumento que circula por la linea que conecta los nodos 9-8, intentando suplir la demanda que estaba conectada a la linea en contingencia, la linea 7-5 muestra un aumento en la potencia transportada dado que por ella ya circula parte de la potencia que transportaba la linea en contingencia. 3. Se supone un incremento en la demanda del caso base en un 20 % y considere una contingencia en la línea de transmisión que conecta el nodo 4 con 5:

Para este caso se puede notar que al aumentar un 50 porciento las cargas en este sistema electrico y ademas hacer una contingencia en la linea que conecta el nodo 7 con el nodo 8, se puede notar que la linea 6, el transformador 1 y el nodo 8 tienen una sobre carga que se podra notar en la siguiente figura y en las tablas que se adjunta en la parte de anexos. CORTOCIRCUITO Suponga que se presenta una falla en el nodo 6 con los valores de demanda del caso base. Determine las corrientes de fallo (y sus componentes de secuencia) en el punto de fallo y en las líneas de transmisión que están conectadas a la subestación 6. Igualmente determine los voltajes de fase y voltajes línea-línea (y

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sus componentes de secuencia) en el punto de fallo para los siguientes tipos de fallo. 5. Fallo línea-tierra: la falla se configura en el software NEPLAN como se muestra en la figura 6, el metodo de solucion es el IEC60909.

se encuentra normal, la corriente es menor y diferentes a las demas. 7. Fallo línea-línea:La falla se configura en el software NEPLAN como se muestra en la figura 8, el método de solución se deja por defecto IEC 60909.

Figura 8. Configuración de falla línea-línea Figura 6. Configuración de falla línea-tierra

En este tipo de fallo se puede notar que las corrientes de falla den mas altas en la fase fallada e iguales en las fases que estan sin ningun tipo de falla. 6. Fallo línea-línea-tierra: la falla se configura en el software NEPLAN como se muestra en la figura ??, el metodo de solucion es el IEC60909.

la tabla VI consigna los valores de las corrientes en falla bifasica en el nodo 6 y las lineas que llegan a el, junto con sus componentes de secuencia, la tabla IX muestra las tensiones en el nodo 6 y las componentes de secuencia de la tension nodal. La falla bifasica ocurre entre las fases BC por lo tanto no hay corriente de corto circuito por la fase A, esto se aprecia mejor en la figura 9 y se tiene que satisfacer la ecuación 1.

Figura 9. falla línea-línea

If a = 0 Figura 7. Configuración de falla Bifasico a tierra

Las corrientes de falla para el tipo de falla bifasica a tierra se nota que en ambas fases que estan en falla las corrientes de falla son iguales,mientras que la fase que

If b = −If c

Vkb − Vkc = Ifb Vf

(1)

Por lo anterior las componentes simétricas de la corriente son como se muestra en la ecuación 2.  (0)     If a 1 1 1 0  (1)  1  2 I 1 a a (2) fb   If a  = 3 1 a2 a (2) −I f b If a

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Dado que I f0 a = 0, el voltaje de secuencia cero no existe y para satisfacer If1a = −If2a , se conecta el equivalente de Thevenin de la figura 10[2].

Figura 12. falla trifasica Figura 10. Equivalente de Thevenin en falla bifasica

De igual manera sucede para las tensiones.

Dado que es un fallo trifasico balanceado las tensiones de fase son las mismas para todas las fases, dado que las corrientes y tensiones están en fase la única componente que existe es la de secuencia zero que representa los tres fasores en fase como se muestra en la figura 13

8. Fallo trifásico balanceado:La falla se configura en el software NEPLAN como se muestra en la figura 11, el método de solución se deja por defecto IEC 60909.

Figura 13. componente cero

Figura 11. Configuración falla trifasica

la tabla X consigna los valores de las corrientes en falla bifasica en el nodo 6 y las lineas que llegan a el, junto con sus componentes de secuencia, la tabla XI muestra las tensiones en el nodo 6 y las componentes de secuencia de la tension nodal. La falla trifasica ocurre en las tres fases por lo tanto las corrientes de cortocircuito son iguales, esto se observa en la figura 12[1.

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NODOS

CONTINGENCIA

SIN CONTINGENCIAS CASO BASE

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tensión [pu] 1.04 1.025 1.025 1.0259 0.9957 1.0127 1.0258 1.0159 1.0324

LÍNEAS Del nodo 4 4 9 7 7 9

Al Nodo 6 5 6 5 8 8

FLUJO DE POTENCIA P[MW] Q[MVAr] 30.704 1.063 40.936 22.928 60.816 -18.115 86.621 -8.423 76.379 -0.797 24.184 3.117

CARGA % 16.41 54.41 56.11 46.5 67.97 12.95

Tabla I CA SO BA SE

NODOS CONTINGENCIA

LINEA 4-5 (CASO 1)

CONTINGENCIA

LINEA 7-8 (CASO 2)

CONTINGENCIA

LINEA 4-5 CASO 3

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tensión [pu] 1.04 1.025 1.025 1.0388 0.8388 1.0203 0.9877 0.9895 1.0244

NODOS No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tensión [pu] 1.04 1.025 1.025 1.0161 0.9738 0.9995 1.0192 0.9691 1.0126

NODOS No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tensión [pu] 1.04 1.025 1.025 1.0259 0.9957 1.0127 1.0258 1.0159 1.0324

LÍNEAS Del nodo 4 4 9 7 7 9

Al Nodo 6 5 6 5 8 8

FLUJO DE POTENCIA P[MW] Q[MVAr] 76.567 0.672 0 0 14.448 -19.428 132.808 63.592 30.192 -12.896 14.448 -19.428

CARGA % 40.4 0 21.57 81.71 30.34 21.57

Tabla II C A SO 1

LÍNEAS Del nodo 4 4 9 7 7 9

Al Nodo 6 5 6 5 8 8

FLUJO DE POTENCIA P[MW] Q[MVAr] 108.441 -4.61 29.723 -59.775 16.502 -29.051 163 1.468 0 0 101.348 25.885

CARGA % 58.54 81.56 30.51 87.66 0 56.62

Tabla III C A SO 2

LÍNEAS Del nodo 4 4 9 7 7 9

Tabla IV CA SO 3

Al Nodo 6 5 6 5 8 8

FLUJO DE POTENCIA P[MW] Q[MVAr] 108 -10.788 150 60 85 -38.892 163 -34.018 3.46 -10.352 24.184 3.117

CARGA % 81.64 126.38 56.11 120 4.41 12.95

6

NODOS

CONTINGENCIA

LINEA 7-8 CASO 4

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tensión [pu] 1.04 1.025 1.025 1.0259 0.9957 1.0127 1.0258 1.0159 1.0324

Tipo de fallo

If allanodo6 [pu]

Fallo Línea-Línea

4.3148

FLUJO DE POTENCIA P[MW] Q[MVAr] 108.45 -15.788 68 60 76 -38.892 213 -34.018 3.46 -10.352 24.184 3.117

LÍNEAS Del nodo 4 4 9 7 7 9

Al Nodo 6 5 6 5 8 8

Tabla V CA SO 4

Del nodo

Al nodo

6

4

9

6

If aseABC [pu] 0 2.6243 -2.6243 0 1.6905 -1.6905

If alla012 [pu] 0 1.5157 1.5157 0 0.9752 0.9752

Tabla VI C ORRIEN TE

Tipo de fallo

If allanodo6 [pu]

Fallo Línea-Tierra

2.411

EN FA LLO LÍN EA- LÍN EA

Del nodo

Al nodo

6

4

9

6

Tabla VII C ORRIEN TE

Tipo de fallo

If allanodo6 [pu]

Fallo Bifasico a Tierra

1.987

C ORRIEN TE

If aseABC [pu] 0 1.371 0.096 0 1.040 0.096

If alla012 [pu] 0 0.489 0.489 0 0.411 0.315

EN FA LLO LÍN EA-T IERRA

Del nodo

Al nodo

6

4

9

6

If aseABC [pu] 0 0.031 1.121 0 0.031 0.722

Tabla VIII B IFA SICO -T IERRA

If alla012 [pu] 0 0.128 0.737 0 0.133 0.475

EN FA LLO

VF aseABC Vf alla012 [pu] [pu] 0 0 Fallo 0.9488 0.5478 6 linea-linea -0.9488 0.5478 Tabla IX V OLTAJE EN FA LLO LÍN EA - LÍN EA

Tipo de fallo

Tipo de fallo

If allanodo6 [pu]

Fallo trifásico balanceado

4.9818

Nodo

Del nodo

Al nodo

6

4

9

6

Tabla X FA LLO TRIFÁ SICO BA LA N CEADO

If aseABC [pu] 3.0314 3.0314 3.0314 1.9527 1.9527 1.9527

If alla012 [pu] 3.0314 0 0 1.9527 0 0

CARGA % 8.64 155.38 34.65 20 4.41 12.95

7

Tipo de fallo Fallo trifásico balanceado

VF aseABC [pu] 1.1 1.1 6 1.1 Tabla XI

Nodo

Vf alla012 [pu] 1.1 0 0

FA LLO TRIFÁ SICO BA LA N CEADO

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III.

C ONCLUSIONES

Mediante el estudio de las componentes de secuencia, y el filtrado de los datos de corriente que diferencien cuales son o no componentes de cortocircuito, permiten conocer el tipo de falla y el lugar aproximado de la falla en un SEP. Al utilizar el estudio mediante contingencias, se puede analizar la capacidad del sistema electrico de potencia analizado, ya que se puede realizar un estudio de cual es la capacidad de trabajo del SEP al realizar cierta series de contingencias. R EFERENCIAS [1] G. Jhon y J. W. Stevenson, Análisis de sistemas de potencia, Mc Graw Hill, 1996. [2] H. S. Isaza, Conceptos básicos para el estudio de los sistemas de potencia, Pereira, 2015....