Métodos Generales para Localizar Fallas a Tierra en un Sistema de CC de una Subestación
En las subestaciones, el sistema de CC proporciona una fuente de alimentación de control confiable pararelés de protección, operaciones de apertura y cierre de interruptores automáticos, equipos de automatización, circuitos de señalización y cargas de emergencia. En comparación con los sistemas de alimentación auxiliar de CA, los sistemas de CC de las subestaciones suelen diseñarse como sistemas no conectados a tierra o flotantes. Por lo tanto, una sola falla a tierra puede no interrumpir inmediatamente la alimentación de CC, pero reduce el margen de aislamiento del sistema. Si ocurre una segunda falla a tierra, puede crear una trayectoria de corriente no deseada y potencialmente causar un mal funcionamiento de la protección, una falla del interruptor automático o incluso una perturbación más amplia del sistema.
Con el continuo desarrollo de subestaciones inteligentes, subestaciones digitales, integración de energías renovables y redes eléctricas modernas, la confiabilidad de los sistemas de CC de las subestaciones y sus capacidades de monitoreo de aislamiento en línea se han vuelto cada vez más importantes para las empresas de servicios públicos, contratistas EPC y compradores internacionales de equipos eléctricos.
¿Qué es una falla a tierra en un sistema de CC de subestación?sistema de CC de subestación?
A falla a tierra del sistema de CC de subestación, también denominada como una Fallo a tierra de CC o Fallo de aislamiento de CC, ocurre cuando el polo positivo o negativo del sistema de CC desarrolla una trayectoria conductora no intencionada a tierra debido al deterioro del aislamiento, daños en el equipo, humedad u otras causas.
Un sistema de CC típico de una subestación consta de:
- Banco de baterías
- Cargador de baterías
- Barras colectoras de CC
- Paneles de distribución de CC
- Circuitos alimentadores de CC
- Equipos de protección y control
En condiciones normales de funcionamiento, tanto el polo positivo como el negativo deben mantener una resistencia de aislamiento adecuada a tierra.
Las causas comunes de fallas a tierra en CC incluyen:
- Cables secundarios envejecidos o dañados
- Acumulación de humedad o agua en zanjas de cables
- Condensación dentro de los gabinetes de control
- Deterioro del aislamiento en circuitos de relés o interruptores
- Daños mecánicos en los cables durante la instalación
- Fallo interno del aislamiento de equipos eléctricos
- Polvo y contaminación
- Entrada de animales pequeños u objetos metálicos extraños en los equipos
Debido a que un sistema de CC de subestación puede contener un gran número de alimentadores distribuidos y cables secundarios largos, la detección y localización de fallas a tierra en CC puede ser considerablemente más complicada que la solución de problemas de un circuito de control de baja tensión convencional.
¿Por qué se debe localizar promptly una falla a tierra en CC?
Una sola falla a tierra no causa necesariamente una pérdida inmediata de energía en CC. Sin embargo, cambia la distribución de voltaje del sistema de CC con respecto a tierra y reduce el margen de seguridad del sistema.
Por ejemplo, si el polo positivo se pone a tierra, el voltaje del polo negativo con respecto a tierra puede desplazarse significativamente. Si posteriormente se desarrolla otra falla a tierra en otro punto del sistema, se puede crear una trayectoria de corriente no intencional de positivo a negativo.
Las consecuencias potenciales incluyen:
- Funcionamiento incorrecto de los relés de protección
- Operación anormal del interruptor automático
- Falla del interruptor automático para disparar o cerrar
- Fallo del equipo de automatización
- Funcionamiento no deseado de fusibles o interruptores automáticos de CC
- En casos graves, capacidad reducida para responder a fallos y emergencias en subestaciones
Por esta razón, una vez que se detecte un fallo de aislamiento del sistema de CC, se debe identificar la polaridad del fallo, el alimentador afectado y la ubicación específica del fallo lo antes posible.
Métodos generales para localizar un fallo a tierra de CC en una subestación
1. Confirmar la alarma de fallo a tierra y el estado del sistema
Cuando el panel de CC, el dispositivo de monitoreo de aislamiento o el sistema de supervisión emitan una alarma de fallo a tierra, el primer paso es verificar la condición operativa general del sistema de CC.
Los parámetros importantes incluyen:
- Tensión del sistema de CC
- Tensión positiva a tierra
- Tensión negativa a tierra
- Resistencia de aislamiento
- Estado del dispositivo de monitoreo de aislamiento
- Polaridad de la falla
- Si la falla es continua o intermitente
- Si pueden existir múltiples fallas a tierra
ModernasLos dispositivos de monitoreo de aislamiento de CC (IMD)monitorean continuamente la resistencia de aislamiento a tierra en sistemas de CC sin conexión a tierra. La norma IEC 61557-8 especifica los requisitos para los dispositivos de monitoreo de aislamiento utilizados en sistemas de CC IT sin conexión a tierra de hasta 1.500 V CC.
2. Determinar la polaridad y la gravedad de la falla
Después de confirmar la alarma, los técnicos deben determinar si el deterioro del aislamiento está asociado principalmente con el polo positivo o con el polo negativo.
Se deben evaluar los siguientes parámetros:
Estado del aislamiento del polo positivo a tierra
Estado del aislamiento del polo negativo a tierra
Tensión del bus de CC
Resistencia de aislamiento total
Si la resistencia de aislamiento de un polo es significativamente menor de lo esperado, es más probable que la falla esté asociada con los circuitos conectados a ese polo.
Sin embargo, el método de diagnóstico exacto depende de la configuración del sistema de CC y del diseño del dispositivo de monitoreo de aislamiento. No se debe utilizar una sola medición de tensión como única base para determinar la ubicación exacta de la falla.
3. Verificar la sección de alimentadores de CC sección por sección
Si la falla no se puede localizar directamente, un principio común de solución de problemas es:
Comenzar desde el bus de CC, luego revisar los alimentadores, los circuitos derivados y, finalmente, los equipos individuales.
Una secuencia típica de solución de problemas es:
Bus de CC → panel de distribución de CC → alimentadores de CC individuales → gabinetes de protección/control → cajas de terminales → equipos de campo
Al aislar progresivamente secciones del sistema, los técnicos pueden reducir una red compleja de CC a un área sospechosa de falla mucho más pequeña.
Durante este proceso, los operadores deben seguir estrictamente los procedimientos de maniobra aprobados. Los circuitos de protección críticos, los circuitos de control de interruptores automáticos o las fuentes de CC esenciales nunca deben desconectarse arbitrariamente solo para localizar una falla a tierra.
4. Utilizar monitoreo de aislamiento en línea y localización de fallas Equipo
Para las subestaciones grandes, revisar manualmente cada alimentador puede llevar mucho tiempo. En consecuencia, las subestaciones modernas utilizan cada vez más sistemas en línea de monitoreo de aislamiento y localización de fallas de aislamiento.
Un avanzado sistema avanzado de detección y localización de fallos de aislamiento en corriente continua puede monitorear el estado de aislamiento de cada alimentador individual y ayudar a identificar el circuito asociado con el fallo de aislamiento.
La norma IEC 61557-9:2023 especifica los requisitos para los sistemas de localización de fallos de aislamiento (IFLS) diseñados para localizar fallos de aislamiento en sistemas IT no puestos a tierra, incluidos los sistemas de corriente continua no puestos a tierra de hasta 1.500 V CC.
Por lo tanto, la tecnología permite que el sistema de protección evolucione desde simplemente detectar un fallo de aislamiento hasta detectar, localizar, registrar y analizar el fallo.
5. Inspeccione el equipo de campo después de delimitar el área del fallo
Una vez que se ha identificado el alimentador o circuito afectado, los técnicos pueden inspeccionar componentes específicos, incluidos:
- Cables y empalmes de cables
- Bloques de terminales
- Relés de protección
- Bobinas de disparo y cierre de interruptores automáticos
- Interruptores de control
- Dispositivos de señalización
- Calentadores anticondensación
- Cajas de terminales
- Cableado secundario exterior
- Zanjas de cables y terminaciones de cables
Para subestaciones al aire libre, se debe prestar especial atención a agua de lluvia, condensación, humedad, polvo, contaminación e intrusión de animales, todo lo cual puede contribuir al deterioro del aislamiento.
Solución de problemas tradicional vs. Localización inteligente de fallas
Tradicional solución de fallas a tierra en corriente continua de subestaciones se basa principalmente en una alarma de aislamiento seguida de una inspección manual alimentador por alimentador.
Este enfoque tiene un costo de equipo relativamente bajo, pero tiene dos limitaciones importantes.
Primero, la localización de fallas puede llevar mucho tiempo.
Cuando una subestación tiene una gran cantidad de alimentadores de CC, los técnicos pueden necesitar verificar múltiples circuitos de forma secuencial.
En segundo lugar, la resolución de problemas depende en gran medida de la experiencia del operador.
Las fallas intermitentes pueden ser particularmente difíciles de localizar. Por ejemplo, una falla de aislamiento causada por la humedad puede desaparecer después de que el equipo se seque y reaparecer cuando aumente la humedad.
Por esta razón, las subestaciones modernas adoptan cada vez más sistemas de monitoreo de aislamiento en línea, monitoreo de aislamiento por ramal y sistemas automáticos de localización de fallas.
El proceso operativo básico se puede resumir de la siguiente manera:
Monitoreo de aislamiento → Alarma de falla a tierra → Identificación de la polaridad de la falla → Localización del alimentador → Inspección del punto de falla → Eliminación de la falla → Verificación de la recuperación del aislamiento
Para subestaciones grandes, plantas de energía, centros de datos e instalaciones industriales críticas, este enfoque puede mejorar significativamente la eficiencia de la resolución de problemas y la confiabilidad del sistema de CC.
Consideraciones importantes durante la resolución de fallas a tierra en sistemas de CC
1. No desconectar circuitos críticos de manera arbitraria
Los relés de protección, los circuitos de control de interruptores automáticos, los sistemas de automatización y otros equipos críticos pueden depender de la fuente de alimentación de corriente continua de la estación.
Desconectar incorrectamente un alimentador esencial durante la resolución de problemas puede provocar que las funciones de protección o control queden no disponibles.
Por lo tanto, todas las operaciones de maniobra deben realizarse de acuerdo con los procedimientos de maniobra aprobados, los diagramas unifilares y de cableado secundario de la subestación, y las instrucciones del fabricante del equipo.
2. Preste atención al riesgo de múltiples fallas a tierra
Una sola falla a tierra puede no causar de inmediato un problema operativo grave. Sin embargo, una segunda falla a tierra puede crear una trayectoria de corriente no intencionada y afectar los circuitos de protección y control.
Por lo tanto, una vez que se detecta la primera falla a tierra, no debe considerarse simplemente como una alarma menor. La causa debe identificarse y la condición de aislamiento debe restablecerse lo antes posible.
3. Priorice la supervisión en línea para las instalaciones críticas
Para subestaciones grandes, centrales eléctricas, centros de datos e instalaciones industriales críticas, monitoreo de aislamiento en línea y localización de fallasdebería considerarse preferiblemente durante la etapa de diseño del sistema de CC.
Estos sistemas pueden proporcionar una localización de fallas más rápida y datos históricos para el mantenimiento preventivo y el mantenimiento basado en condiciones.
Tendencias en la tecnología de sistemas de CC en subestaciones
Con el desarrollo de las subestaciones digitales, los sistemas de CC están evolucionando de equipos de suministro de energía convencionales a una parte importante de la arquitectura de monitoreo y confiabilidad de subestaciones inteligentes.
Futuras soluciones de monitoreo de sistemas de CCse espera que se integren más estrechamente con SCADA, plataformas de subestaciones digitales y sistemas inteligentes de gestión de activos.
Las funciones clave pueden incluir:
- Monitoreo de aislamiento en línea
- Localización automática de fallas
- Registro de datos históricos
- Análisis de tendencias
- Alerta temprana
- Monitoreo remoto
- Mantenimiento basado en la condición
El marco más reciente de la IEC también demuestra el énfasis creciente en las tecnologías dedicadas de monitoreo de aislamiento y localización de fallas. La IEC 61557-8 aborda el monitoreo continuo del aislamiento, mientras que la IEC 61557-9 aborda la localización de fallas de aislamiento en sistemas IT no puestos a tierra.
Por lo tanto, para los compradores internacionales B2B, la selección de un sistema de CC de subestación debe considerar no solo parámetros tradicionales como voltaje de CC, capacidad de la batería, capacidad del cargador y configuración de distribución de CC， sino también la supervisión del aislamiento, la capacidad de localización de fallas, las interfaces de comunicación y la compatibilidad con sistemas SCADA o de automatización de subestaciones.
Conclusión
El principio fundamental de la solución de problemas de fallas a tierra en el sistema de CC de subestaciones consiste en reducir progresivamente la falla mediante monitoreo, identificación, aislamiento por secciones, localización y verificación.
La solución de problemas manual tradicional puede ser adecuada para sistemas de CC más pequeños. Sin embargo, para grandes subestaciones, centrales eléctricas, centros de datos y otras instalaciones eléctricas críticas, los sistemas de monitoreo de aislamiento de CC y los sistemas de detección y localización de fallas a tierra de CC pueden proporcionar una solución más eficiente y sistemática.
Desde la perspectiva de la fabricación de equipos y las aplicaciones de ingeniería, el panel de distribución de CC, el cargador de baterías, el banco de baterías, el dispositivo de monitoreo de aislamiento y el sistema de alimentación de CCdebe diseñarse como un sistema integrado según el nivel de tensión del proyecto, las características de la carga, los requisitos de protección y la arquitectura de comunicación.
A medida que las subestaciones inteligentes y los sistemas eléctricos digitales continúan desarrollándose,la monitorización de aislamiento en línea y la localización inteligente de fallos en corriente continuase convertirán en tecnologías cada vez más importantes para mejorar la seguridad, fiabilidad y mantenibilidad de los sistemas de corriente continua de las subestaciones.
Nota de seguridad:Los sistemas de corriente continua de las subestaciones suministran funciones críticas de protección y control de interruptores. Las operaciones reales de resolución de problemas y conmutación deben ser realizadas por personal cualificado de acuerdo con los procedimientos de seguridad del sitio, los planos eléctricos aprobados, las instrucciones de operación y los requisitos del fabricante del equipo. Este artículo está destinado como referencia técnica y de ingeniería y no reemplaza los procedimientos operativos específicos del sitio.
