Análisis del tiempo de respuesta de un sistema de protecciones en subestaciones eléctricas con implementación de bus de proceso IEC 61850-9-2

Abstract

En Colombia se evidencia un bajo nivel de implementación de subestaciones eléctricas con bus de proceso, estrechamente ligado a la incertidumbre que existe sobre el impacto de dicha implementación, en el tiempo de respuesta de las protecciones eléctricas. En este trabajo de investigación, se evalúa el tiempo de respuesta de estos equipos operando con señales muestreadas en una subestación digital. Para esto, se realiza un análisis de la transformación en subestaciones y protecciones eléctricas, a partir de donde se establecieron requisitos para la creación de un esquema de pruebas que emule una subestación con bus de proceso. Se diseñó un índice aplicable a los tiempos medidos, que permite evidenciar el impacto en las protecciones eléctricas, al operar en una subestación con bus de proceso. Tras elaborar el esquema, se ejecutaron pruebas que permitieron validar la aplicabilidad de dicho índice, se obtuvieron retardos de tiempo en la operación de las protecciones con bus de proceso y se contrastaron frente a tiempos de referencia de un dispositivo convencional. A partir de estos resultados, se concluyó que aquellos retardos pueden ser admisibles para la operación de un esquema de protecciones y que es necesario evaluar múltiples funciones de protección para definir su impacto en la subestación. Asimismo, se identificó que la metodología, el esquema de pruebas y el índice desarrollado, pueden ser aplicables en la industria para pruebas y configuración de subestaciones, o en el área de investigación se puede aplicar para realizar pruebas de diferentes equipos y topologías en subestaciones eléctricas.

Abstract: In Colombia, there is a low level of implementation of electrical substations with process bus, closely linked to the uncertainty that exists regarding the impact of such implementation, on the response time of electrical protections. In this research, the response time of those devices are evaluated by operating signals sampled in a digital substation. For this, an analysis of the transformation in substations and electrical protections are made, from where the requirements for the creation of a test scheme that emulates a substation with process bus have been established. An applicable index to the measured times was designed, which makes it possible to demonstrate the impact on the electrical protections, when operating in a substation with process bus. After the elaboration of the scheme, the tests that allowed the applicability of index was executed, it was obtained delays in time of the operation in the protections with process bus and were contrasted against the reference times of a conventional device. From these results, it is concluded that those delays can be admissible for the operation of a protection scheme and that it is necessary to evaluate the multiple protection functions to define their impact on the substation. Furthermore, it was identified that the methodology, test scheme and the developed index, can be used in industry for testing and configuration of substations, or in the research area can be applied to perform tests of different devices and topologies of electrical substations.