WO2011151481A1 - PROCEDIMIENTO DE MOTORIZACIÓN CONTINUA Y DIAGNÓSTICO DE FUENTES DE DESCARGAS PARCIALES (DPs) EN CABLES DE ALTA TENSIÓN DURANTE SU CONEXIÓN Y FUNCIONAMIENTO EN LA RED, Y SISTEMA FÍSICO PARA LA PUESTA EN PRACTICA DEL PROCEDIMIENTO - Google Patents

PROCEDIMIENTO DE MOTORIZACIÓN CONTINUA Y DIAGNÓSTICO DE FUENTES DE DESCARGAS PARCIALES (DPs) EN CABLES DE ALTA TENSIÓN DURANTE SU CONEXIÓN Y FUNCIONAMIENTO EN LA RED, Y SISTEMA FÍSICO PARA LA PUESTA EN PRACTICA DEL PROCEDIMIENTO Download PDF

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Miguel Angel Sanchez Uran
Javier Ortego La Moneday
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Definitions

  • the present invention is about a new method of monitoring partial discharges (DPs) in high voltage (AT) cables, with splices and terminations installed when they are operating within an alternating high voltage electrical network.
  • the procedure consisting of discrimination, location, measurement, identification and diagnosis of PDs, in order to continuously evaluate the status of their isolation when they are in service.
  • the invention also includes a physical system for the implementation of the procedure.
  • the new procedure proposed by the present invention discriminates the DP signals with respect to the electrical noise, locates the position of the DPs, determines the magnitude of the DPs, identifies their behavior based on the network voltage and diagnoses the severity of the different sources of DPs, with the purpose of preventing failures in the cables of medium and high voltage electrical systems.
  • the physical system for implementing the procedure includes sensors for capturing the signals to be measured, devices for recording DP signals, signal transmission systems, information storage devices, numerical results analysis tools that implement the procedure and the necessary protection elements. Antecedent-bes and Summary of the Invention
  • the insulation diagnosis based on the detection and interpretation of partial discharges is one of the most promising procedures for the evaluation of the insulation status of high voltage electrical equipment, such as power transformers, measurement transformers, reactances, electrical switchgear and in particular of the cables with their accessories installed in the electrical networks.
  • a "partial discharge” refers to an electric shock that affects a limited part of the insulation where it occurs, without causing its immediate failure, but its progressive degradation, except in the case of insulation constituted by ambient air , since the degradation due to the effect of ionization is compensated by natural renewal.
  • the frequency spectrum of the noise signal is analyzed in order to choose a band
  • the frequency chosen for the measurement is high, so the distance attenuation may be excessive and insufficient sensitivity to partial discharges produced in positions far from the sensor.
  • the present invention proposes to perform the Wavelet transform of the registered signal and statistically analyze its components, in order to find transient events characteristic of the
  • the pulses recognized as transient DPs other than noise may come from insulation defects caused by the cable or other high-voltage equipment, or they may also come from the power electronics
  • the reflected signal must travel to the end of the open cable and return along the entire length of the cable. Consequently, for long cables longer than a kilometer, the reflected signal can be so attenuated that many pulses of DPs cannot be detected and consequently their position cannot be identified. This problem is accentuated in the diagnosis of dry cables in which small amplitudes of DPs characterize a high risk of insulation failure being the attenuation of the critical signal for its detection;
  • the end of the cable must be open to achieve maximum reflection of the signal, which prevents hinder This technique can be applied when the cable is in service, that is to say connected to the network.
  • Another technique is to have at least two sensors along a cable in different locations.
  • the DP signal in one of the sensors exceeds a certain level higher than the background noise, the signals from ⁇ s- at least two different sensors are captured synchronously.
  • the position of the DP source is determined.
  • the drawback of this technique is that the pulses of DPs must be higher than the background noise level, which makes it difficult to find the pulses of DPs below the background noise.
  • the reflectometry technique is not used, nor is it expected that the DP signal that reaches one of the sensors exceeds a certain level (background noise) to capture all sensors.
  • a certain level background noise
  • at least two sensors located at different locations along the cable are used and periodic and synchronized captures are made for full periods of the mains voltage wave (for example, every minute is captured a period of the mains voltage wave 20 ms for 50 Hz and 16.6 ms for 60 Hz) regardless of the existing background noise. After each capture, the background electrical noise is eliminated.
  • the delay of arrival times of the same DP signal to two sensors located in different locations allows to identify the position of the source producing the partial discharges.
  • the identification of the type of source associated with the measured DPs is not solved in most of the diagnostic techniques of the cable insulation status, leaving this decision at the operator's discretion. Some techniques use the offset of the DPs with respect to the applied voltage to generate a pattern of the DP sources to help the operator make the decision.
  • this problem is solved by automatically generating, after the previous elimination of background noise, a pattern of DP pulses associated with the partial discharges located in each position along the cable in order to avoid overlapping patterns associated with defects that were located in different locations (different splices, cable terminations).
  • the invention includes an automatic defect pattern recognition tool, trained through a neural network so that the operator can issue an efficient evaluation of the insulation status.
  • Figure 1 is an illustrative graphic representation of signals from DPs discriminated by transform filter Wavelet with complementary statistical processing
  • Figure 2 illustrates two details (a, b) of the filter, corresponding to a DP superimposed on the crest of the noise signal 5 and a DP superimposed on the steep slope of the noise signal, respectively;
  • Figures 3a and 3b illustrate, respectively, a DP type signal immersed in white noise of amplitude greater than the J.0 noise signal, discriminated by Wavelet transform with complementary statistical processing, and an extension that evidences the presence of the type signal DP;
  • Figure 4 represents an illustrative flow chart of the process of the present invention
  • Figure 5 is a schematic of the general structure of the system of the present invention.
  • Figure 6 graphically illustrates the scheme of the subsystems that integrates the system of Figure 5.
  • the presente5 present invention consists of a measurement procedure and measurement analysis, for an effective evaluation of the insulation status of high voltage cables during their operation in the network, which improves the techniques used today and that remedies, as mentioned, the inconveniences associated with these techniques.
  • At least two sensors must be provided that work in a frequency range between 1 MHz and 20 MHz, located along the section of the cable to be analyzed.
  • DP sensors integrated in each accessory or external sensors are used.
  • the electromagnetic and capacitive sensors are arranged integrated in the cable, while the high frequency current transformer type sensors are placed by hugging the cable shields (non-invasive sensors).
  • the objective of the new invention is to improve the results of the evaluation of the insulation status of the high-voltage cables installed and in service that are obtained using current technologies, in order to have a new procedure capable of detecting, discriminating between electrical noise signals and "partial discharge" signals, locate their position along the cable, know their magnitude, identify the sources of DPs that occur in different positions along the cable and, finally, diagnose the severity of each of the defects found.
  • a first stage of the procedure (block 4.1) consists in acquiring synchronized captures of the signal collected by each sensor for intervals of time equal to a period of the mains voltage.
  • the synchronization of the capture is carried out by means of a simultaneous trigger signal of the different signal acquisition units, for example through a trigger signal transmitted by optical fiber with low latency repeaters (negligible delay) distributed along the cable. Synchronized firing is very important to be able to locate the position of the DP sources later.
  • a second stage (block 4.2) the discrimination of the electrical noise with respect to the acquired signal is carried out.
  • the noise is caused by a mixture of signals coupled to the DP signals, either conducted through the power system or the grounding system, or transmitted radiated, for example by radio stations, telephones mobiles, etc.
  • the elimination of noise is done by filtering the signals conducted by the power and ground and by numerical treatment of the signals captured through the sensors.
  • the numerical processing of the present invention consists in performing the avelet transform of the acquired signal and statistically analyzing its components, in order to find transient events characteristic of DP signals (damping oscillating pulse) that are distinguished from the statistical evolution of electrical noise. For the statistical analysis of the signals a parameter associated to the dispersion of the signal in the capture period is used.
  • the signals recognized as transient DPs other than noise may come from insulation defects - in the cable under evaluation or in other high-voltage equipment or they may come from the power electronics connected to the network, which produce similar transient events to the pulses of DPs of insulation defects.
  • analysis tools are available so that the operator can distinguish the groups of DP signals due to isolation defects of the DP groups caused by the electronics power .
  • Figure 1 shows a proportion of the order of 1/8 between the level of the amplitude of the DP signal (1.1), with respect to the amplitude of the noise signal (1.2); The voltage waveform is represented in the graph below the previous signals and identified with the reference (1.3).
  • Figure 2 is illustrative of two details (a-b) that graphically represent a DP signal (2a.1) when it is superimposed on the crest of the noise signal ( Figure 2a), whose resulting signal is shown in (2a.2), and when a DP signal (2b.1) is superimposed near the zero level on the slope of the noise signal (Figure 2b), the resulting signal shown with the reference (2b. 2).
  • the third and fourth stages consist of associating with each characteristic DP signal a set of representative parameters that will later allow groups of DPs to be formed. For this purpose, they are performed two different types of processing, and the parameters so calculated are stored in a database (block 4.11).
  • the processing of the individual DP signals is carried out to determine, for each DP type signal, the following parameters: the arrival time of a pulse ti and the phase angle in the time ⁇ ⁇ with respect to the zero crossing of the mains voltage signal.
  • Two additional JO parameters related to the magnitude of the DP signal are also determined: the amplitude of the envelope of a pulse Ai and a parameter correlated with the integral of the DP envelope.
  • phase parameter ⁇ (Ll, L2, L3) where the DP signal is originated taking into account the highest amplitude of the signals 20 detected by the sensors in the accessories (splice or termination) of the three phases and the parameter associated with the location along the cable signal DP tipo where it is estimated that is generated
  • the DP which is calculated by the delay time, ⁇ ⁇ (Atj), between the arrival of iS each DP signal to the two sensors installed consecutively along the same cable screen.
  • the next block, sixth stage is accessed in which, for the DPs detected by each sensor, the magnitude of the amplitudes of the DP pulses and the repetition rate of DP signals per period are determined of tension
  • the magnitude of the amplitude is determined as the largest magnitude that occurs repeatedly in each of the sensors, which is calculated through the quasi-peak value of the amplitudes of the DP signals recorded in the 50 acquisitions and the rate of repetition is determined as the average value of the DP type signals detected per period through a sensor in the 50 or 60, depending on the case, acquisitions made.
  • the calculated data is stored in a database (block 4.11) to know the historical evolution of the DP type signals detected through the sensor under consideration.
  • the process of the previous steps is repeated until a statistically representative number of acquisitions is completed to reliably carry out the process of placing the DP-type signals, the representation of their pattern in phase with the tension and recognition of the defects associated with each pattern, corresponding to the following eighth, ninth and tenth stages, respectively.
  • the number of acquisitions that is considered statistically minimum to perform the said analyzes reliably is 200, but the higher this number, the more reliable the diagnosis.
  • the next octave stage (block 4.8) is accessed, in which, taking into account the data stored in the database (block 4.11) of each DP signal, the map is determined of locations of the DP sources depending on the position which occupy the DP type signals along the cable.
  • the aforementioned map is constructed taking into account the parameter of the location of each x ⁇ signal of DP type, together with a coherence analysis.
  • the coherence analysis referred to consists in rejecting the DP pulses from reflections in accessories, and rejecting the locations and determined from two DP signals with a damping inconsistent with the distance between the source of the DP and the sensor.
  • DP pulse location means a section of the cable of approximately 3 to 5 m where the DPs originate. The location is identified with respect to the distance relative to a particular sensor taken as a reference that is arranged in a splice or in a cable termination.
  • the pulses of the DPs are plotted with their phase angle position in time ⁇ ⁇ with respect to the zero crossing of the mains voltage signal, associated with the DPs located at each location of the cable where DPs appear in order to have a representative DP pattern of each DP site to be able to apply the next stage.
  • block 4.10 a Comparison of the pulse pattern of DPs in phase with the applied voltage wave and reference standards. It is known that the risk of insulation failure depends on the physical process causing the pulses of DPs, for example the corona pulses 5 in air are not crucial to cause the dielectric breakdown of the insulation, but the partial discharges due to an internal cavity type defect They are critical for the life of isolation. Consequently, it is very important to know the type of defect associated with each DP source to be able to
  • a user interface (block 4.12), schematized in Figure 4, allows you to display the processed data to perform the final evaluation of the insulation status of the cable from the following information:
  • Pattern recognition resolved in phase for each DP source (tenth stage, block 4.10).
  • the physical system for the application of the recommended method is intended to continuously monitor the DPs that occur on different cables connected to a substation or transformation center.
  • the structure of this system responds to the general scheme shown in Figure 5 of the drawings, and shows a number of measurement systems (SM) (5.1) of partial discharges distributed along respective cables (5.2) to collect the DP signals. At least two measuring systems must be provided, one at each end of a cable (5.2) to be monitored.
  • SM measurement systems
  • the SM (5.1) do not have any individual processing capacity, but are controlled by the computer of an SCA Control and Analysis System (5.3) that is arranged in one of the two substations or transformation centers (5.4) where the cable connects
  • SCA Control and Analysis System 5.3
  • the information of each SCA (5.3) is sent to a Central System (5.5) of database (SC BBDD) so that it can be consulted from any computer (5.6) connected to the data network.
  • the DP-type signals are captured and recorded by the measurement system (5.1) (first stage (block 4.1) of the flow chart of Figure 4), and sent through an RTD Data Transmission Network (6.3), Figure 6, to a computer that acts as an SCA Control and Analysis System (6.1) to process and analyze the measured signals (second through tenth stages (blocks 4.2 to 4.10) of the diagram flow of Figure 4), as follows: a) discriminate the background electrical noise of the DP type signals (second stage (block 4.2) of the flow chart of Figure 4),
  • Control and Analysis Subsystem (6.1), composed of the following elements:
  • GPS Synchronization Pulse Generator (6.1.3), intended to generate a synchronism pulse based on the cadence previously marked by the OCP (6.1.1) and coinciding with a zero crossing of the voltage, and sends it through a fiber optic cable CFO (6.3.2);
  • DPC Zero Pass Detector
  • - Measurement Subsystems (6.2), distributed along the cable, each consisting of: three SDP Partial Discharge Sensors (6.2.1), located on the accessory screens (terminations and / or splices) of each phase.
  • the non-invasive sensors used are high-frequency current transformers (HFCT) with a bandwidth between 1 MHz and 20 MHz that are attached to the cable screens in the accessories; sensors integrated in the cable accessory itself can also be used;
  • HFCT high-frequency current transformers
  • each sensor (6.2.1) is connected to a channel of an RD (6.2.2), so three recording channels are used for a three-phase power line, with one being a reserve.
  • the sampling rate and the minimum vertical resolution of each register is at least 100 Mega-samples per second and 10 bits;
  • TPS Synchronization Pulse Transmitter (6.2.3), which converts the synchronization pulse from the CFO (6.3.2), into an electrical trigger pulse of the RD (6.2.2), to convert it back into an optical pulse to be sent to the next SM (6.2) through the CFO (6.3.2), and
  • EPC Protection and Control Equipment (6.2.4), which protects against overvoltages and over-temperatures at two RD (6.2.2) and the TPS (6.2.3) of the SM (6.2), while allowing the control of the two RD (6.2.2) through SCA orders (6.1).
  • RTD Data Transmission Network
  • CE-FO Ethernet-Fiber Optic Converter (6.3.1), which allows data from the SCA (6.1) to be transferred to the CFO (6.3.2) and vice versa;
  • Ethernet Switch SE (6.3.3) with two optical inputs, to adapt data from the SM (6.2) into optical signals, to be transmitted by the CFO (6.3.2), as well as to receive the orders and control of SCA (6.1 ).

Abstract

Se describe un procedimiento especialmente concebido para detectar eventos asociados a descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión, con identificación del emplazamiento, evaluación de la amplitud y tasa de repetición por periodo de la tensión de red, con posibilidad de identificar diferentes fuentes productoras de señales de DPs en función de su emplazamiento, y reconocer el tipo de defecto asociado a las DPs situadas en un mismo emplazamiento, realizando una medición de las señales eléctricas generadas y su discriminación respecto del ruido de fondo. También se describe un sistema de puesta en práctica del procedimiento que comprende medios para discriminar el ruido respecto a la forma de onda transitoria de la DP, determinar los parámetros asociado a ésta, determinar el mapa de fuentes de DPs a lo largo del cable, representar gráficamente estas fuentes, e identificar los patrones de las fuentes de DPs separados en función de su emplazamiento a lo largo del cable.

Description

"PROCEDIMIENTO DE MONITORIZACION CONTINUA Y DIAGNÓSTICO DE FUENTES DE DESCARGAS PARCIALES (DPs) EN CABLES DE ALTA TENSIÓN DURANTE SU CONEXIÓN Y FUNCIONAMIENTO EN LA RED, Y SISTEMA FÍSICO PARA LA PUESTA EN PRÁCTICA DEL PROCEDIMIENTO"
DESCRIPCIÓN
Objeto de la Invención
La presente invención trata sobre un nuevo procedimiento de monitorización de descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión (AT) , con empalmes y terminaciones instalados cuando están en funcionamiento dentro de una red eléctrica de alta tensión alterna. El procedimiento consistente en la discriminación, localización, medida, identificación y diagnóstico de DPs, a fin de evaluar de forma continua el estado de su aislamiento cuando están en servicio. La invención incluye también un sistema físico para la puesta en práctica del procedimiento.
El nuevo procedimiento propuesto por la presente invención discrimina las señales de DPs respecto del ruido eléctrico, localiza la posición de las DPs, determina la magnitud de las DPs, identifica su comportamiento en función de la tensión de red y diagnóstica la gravedad de las diferentes fuentes de DPs, con el propósito de prevenir fallos en los cables de los sistemas eléctricos de media y alta tensión. El sistema físico para la puesta en práctica del procedimiento incluye sensores de captación de las señales a medir, dispositivos de registro de las señales de DPs, sistemas de transmisión de las señales, dispositivos de almacenamiento de la información, herramientas numéricas de análisis de los resultados que implementan el procedimiento y los elementos de protección necesarios. Anteceden-bes y Sumario de la Invención
El diagnóstico del aislamiento basado en la detección e interpretación de las descargas parciales, es uno de los procedimientos más prometedores para la evaluación del estado del aislamiento del material eléctrico de alta tensión, tales como transformadores de potencia, transformadores de medida, reactancias, aparamenta eléctrica y en particular de los cables con sus accesorios instalados en las redes eléctricas.
En el presente documento, una "descarga parcial" se refiere a una descarga eléctrica que afecta una a- parte limitada del aislamiento donde se produce, sin provocar su fallo inmediato, sino su progresiva degradación, excepto en caso del aislamiento constituido por el aire ambiente, ya que la degradación por efecto de la ionización se compensa con la renovación natural.
Sin embargo, muchos de los instrumentos disponibles en el mercado incluyen procedimientos con fuertes limitaciones cuando realizan medidas in situ en entornos característicos de las instalaciones de alta tensión con alto nivel de ruido eléctrico .
Existen tres importantes dificultades prácticas en las medidas in situ de descargas parciales de cables de AT, que la presente invención se ha propuesto como objetivo solventar:
Por un lado está la dificultad de distinguir las señales eléctricas de DPs debidas a defectos del aislamiento de alta tensión de las señales eléctricas propias del ruido eléctrico del entorno (emisoras de radio, telefonía móvil, ruido blanco, etc.) que enmascaran a- las señales de DPs;
por otro lado, está la dificultad de localizar la posición de las fuentes de las DPs a lo largo de la longitud del cable a fin de poder efectuar la oportuna reparación de la zona defectuosa, y
por último, está la dificultad de identificar los eventuales defectos involucrados en una determinada posición del cable (por ejemplo en una terminación de cable) a fin de 5 poder valorar la gravedad del defecto y actuar en consecuencia. A titulo de ejemplo, es sabido que las DPs debidas al efecto corona en el aire ambiente no son cruciales para el fallo del aislamiento, mientras que las DPs debidas a un defecto interno del cable producirán inevitablemente la ij.0 perforación del aislamiento antes o después. Consecuentemente, es preciso conocer la gravedad de las fuentes de DPs.
Las técnicas actuales aplicadas a las mediciones de DPs en campo, tratan de resolver algunos de estos problemas de 15 diferente forma, pero con fuertes limitaciones, según se explica a continuación: a) Problemas de ruido eléctrico de fondo:
La mayor parte de los métodos conocidos tratan de 0 eliminar el ruido eléctrico de fondo suponiendo que se encuentra en una banda de frecuencia en la que se efectúa el filtrado. Debe destacarse que la propia concepción de esta técnica de filtrado produce la eliminación o atenuación del ruido junto a la atenuación o eliminación, también, de la
25 señal a medir de descargas parciales para el rango de frecuencias filtradas.
En otros procedimientos conocidos se analiza el espectro de frecuencia de la señal de ruido a fin de elegir una banda
30 de frecuencia de medida donde la amplitud del ruido es lo más baja posible. El inconveniente de este procedimiento es que, a veces, la banda de menor señal de ruido coincide con la banda donde la señal de DPs es también débil en amplitud, por lo que la medida de la DP es pobre e ineficiente. Por ejemplo, si la
35 frecuencia elegida para la medida es elevada, entonces la atenuación por distancia puede ser excesiva y la sensibilidad insuficiente a las descargas parciales producidas en posiciones lejanas al sensor.
5 Finalmente, otro procedimiento conocido trata de eliminar el ruido mediante la clasificación de las señales registradas (DPs + ruido) en grupos. Los grupos se forman mediante la determinación de parámetros asociados a la forma de la señal (duración y frecuencia) y a su amplitud. El inconveniente 0 especifico de este procedimiento es que el procesamiento se efectúa por nivel de señal, de forma que para asegurar la captura de señales de DPs se debe reducir el nivel de adquisición y por tanto aumenta sensiblemente el contenido de señales de ruido. El procesamiento se hace muy pesado ya que S se junta el ruido con las DPs.
Todos estos procedimientos indicados presentan además fuertes limitaciones frente al ruido blanco, cuyo espectro cubre todas las frecuencias de la señal de DP. Las técnicas de 0 filtrado en frecuencia no se pueden aplicar ya que se perderla también la señal de DP, ni se puede elegir una banda de frecuencia donde no haya ruido, ya que en todas existe señal de ruido, ni tampoco se pueden distinguir grupos de DPs de frecuencia diferente a. la del ruido.
25
Para remediar los problemas anteriores, la presente invención propone realizar la transformada de Wavelet de la señal registrada y analizar estadísticamente sus componentes, a fin de encontrar eventos transitorios característicos de los
$0 pulsos de DPs que se distingan de la evolución estadística del ruido eléctrico. Los pulsos reconocidos como DPs transitorias diferentes al ruido pueden proceder de defectos de aislamiento originados en el cable o en otros equipos de alta tensión, o pueden proceder también de la electrónica de potencia
35 conectada a la red, ya que la electrónica de potencia produce similares eventos transitorios a los pulsos de DPs característicos de defectos de aislamiento. La herramienta de identificación del tipo de los pulsos de DPs a través de sus patrones en función del desfase con la tensión permite clasificar, de forma eficiente, los grupos de pulsos, distinguiendo los debidos a defectos de aislamiento de los debidos a la electrónica de potencia. b) Problema de localización de la posición del pulso:
La mayor parte de los procedimientos conocidos tratan la localización de los pulsos de DPs mediante la técnica de reflectomet ía , que consiste en adquirir las señales en una estación de medida situada en uno de los extremos del cable y determinar el retraso de tiempo entre la señal que procede directamente de la fuente de DPs y la señal que procede de la reflexión en el extremo opuesto del cable donde el circuito se deja abierto. La posición de la fuente de las DPs a lo largo del cable se determina teniendo en cuenta la velocidad de propagación de la señal de DP a través del cable. La eficacia de este procedimiento está limitada por los siguientes motivos :
La señal reflejada debe viajar hasta el extremo final del cable abierto y retornar a lo largo de toda la longitud del cable. Consecuentemente, para cables largos de longitud superior a algún kilómetro, la señal reflejada puede llegar tan atenuada que muchos pulsos de DPs no podrán detectarse y consecuentemente no se podrá identificar su posición. Este problema se acentúa en el diagnóstico de cables secos en los que pequeñas amplitudes de DPs caracterizan un alto riesgo de fallo de aislamiento siendo la atenuación de la señal crítica para su detección;
El extremo final del cable debe estar abierto para lograr la máxima reflexión de la señal, lo que impido dificulta que esta técnica pueda ser aplicada cuando el cable se encuentra en servicio, es decir conectado a la red.
Otras técnicas consideran que las DPs que aparezcan sólo pueden provenir de los accesorios (terminaciones o empalmes) por lo que se disponen sensores en todos y cada uno de los accesorios a fin de atribuir el emplazamiento de las fuentes de DPs al accesorio donde la amplitud de las señales de DPs es más elevada. El inconveniente de este procedimiento reside en la simplificación de suponer que solo los accesorios son susceptibles de defectos de aislamiento, olvidando que el propio cable está expuesto a defectos de fabricación o a daños de montaje u operación. Además, este procedimiento exige disponer un sensor en cada accesorio, lo cual no siempre es posible, especialmente en las redes de media tensión en las que el coste asociado de los sensores y la instrumentación en cada accesorio no justifica la aplicación de esta técnica de diagnóstico .
Otra técnica consiste en disponer al menos dos sensores a lo largo de un cable en diferentes emplazamientos. Cuando la señal de DP en uno de los sensores excede de un determinado nivel superior al ruido de fondo, se capturan de forma sincronizada las señales procedentes de Í s- al menos dos sensores diferentes. Comparando los tiempos de llegada de la misma señal a los diferentes sensores, se determina la posición de la fuente de DPs. El inconveniente de esta técnica consiste en que los pulsos de DPs deben ser superiores al nivel de ruido de fondo, lo que dificulta encontrar los pulsos de DPs por debajo del ruido de fondo.
En la propuesta de la presente invención para resolver este problema, no se utiliza la técnica de reflectometria, ni tampoco se espera a que la señal de DP que llega a uno de los sensores exceda de un determinado nivel (ruido de fondo) para efectuar una captura de todos los sensores. En el nuevo procedimiento de la invención se utilizan, al menos, dos sensores situados en diferentes emplazamientos a lo largo del cable y se realizan capturas periódicas y sincronizadas por periodos completos de la onda de la tensión de red (por ejemplo, cada minuto se captura un periodo de la onda de la tensión de red 20 ms para 50 Hz y 16,6 ms para 60 Hz) independientemente del ruido de fondo existente. Tras cada captura, el ruido eléctrico de fondo se elimina. El retraso de tiempos de llegada de la misma señal de DP a dos sensores situados en diferentes emplazamientos, permite identificar la posición de la fuente productora de las descargas parciales. Esta metodología solo puede aplicarse de forma eficaz gracias a la eliminación eficaz, y en primera instancia, de las señales de ruido de fondo, lo que permite observar con nitidez las DPs capturadas, logrando localizar la posición de las fuentes de DPs en entornos extremadamente severos de ruido eléctrico . c) Problema de la identificación del tipo de defecto asociado a las DPs:
La identificación del tipo de fuente asociado a las DPs medidas, no está resuelto en la mayor parte de las técnicas de diagnóstico del estado del aislamiento de cables, dejando esta decisión al criterio del operador. Algunas técnicas utilizan el desfase de las DPs respecto de la tensión aplicada para generar un patrón de las fuentes de DPs a fin de ayudar al operador a tomar la decisión.
Es sabido que en función del tipo de defecto (cavidad en el interior del aislamiento, descarga superficial en aislamientos sucios o defectuosos, efecto corona en aire en partes conductoras puntiagudas, etc.), se producen patrones característicos de DPs en fase con la tensión, que se denominan patrones de DPs de referencia. Si se compara el patrón medido de las DPs en todo el cable con los patrones de referencia, es posible observar si existe un solo defecto o varios defectos. Sin embargo, cuando existen varios defectos a lo largo del cable, sus correspondientes patrones se superponen en el punto de medida y pueden confundirse fácilmente unos con otros, sin que sea fácil identificar todos y cada uno de los defectos, siendo la experiencia del operador crucial para un correcto diagnóstico. Además, el ruido no eliminado en las técnicas comerciales dificulta, aún más, la identificación de diferentes fuentes de DPs a través de la simple observación de sus patrones de DPs.
De acuerdo con la nueva invención, este problema se solventa generando automáticamente, tras la previa eliminación del ruido de fondo, un patrón de pulsos de DPs asociado a las descargas parciales emplazadas en cada posición a lo largo del cable con el propósito de evitar superposición de patrones asociados a defectos que estuvieran ubicados en diferentes emplazamientos (diferentes empalmes, terminaciones del cable) . Una vez separados los patrones por posición, la invención incluye una herramienta de reconocimiento automático de patrones de defectos, adiestrada a través de una red neuronal a fin de que el operador pueda emitir una evaluación eficiente del estado del aislamiento.
Breve Descripción de los Dibujos
Con el fin de complementar la descripción y hacer más fácil la explicación de la misma, se acompaña únicamente a título ilustrativo y sin carácter limitativo alguno, un juego de dibujos en los que:
La Figura 1 es una representación gráfica ilustrativa de señales de DPs discriminadas mediante filtro de transformada de Wavelet con procesamiento estadístico complementario;
La Figura 2 ilustra dos detalles (a, b) del filtro, correspondientes a una DP superpuesta en la cresta de la señal 5 de ruido y a una DP superpuesta en la pendiente subida de la señal de ruido, respectivamente;
Las Figuras 3a y 3b ilustran, respectivamente, una señal de tipo DP inmersa en ruido blanco de amplitud superior a laJ.0 señal de ruido, discriminada mediante transformada Wavelet con procesamiento estadístico complementario, y una ampliación que evidencia la presencia de la señal de tipo DP;
La Figura 4 representa un diagrama de flujo ilustrativo del procedimiento de la presente invención;
La Figura 5 es un esquema de la estructura general del sistema de la presente invención, y
20 La Figura 6 ilustra gráficamente el esquema de los subsistemas que integral el sistema de la Figura 5.
Descripción de una Forma de Realización de la invención
Tal y como se ha enunciado en lo que antecede, la ¾5 presente invención consiste en un procedimiento de medida y análisis de la medida, para una evaluación eficaz del estado del aislamiento de los cables de alta tensión durante su operación en la red, que mejora las técnicas utilizadas en la actualidad y que subsana, como se ha dicho, los inconvenientes 30 asociados a estas técnicas.
Para poder aplicar el procedimiento de evaluación del estado del aislamiento de los cables de alta tensión que la invención propone, se deben disponer al menos dos sensores que _}5 trabajen en un rango de frecuencias comprendido entre 1 MHz y 20 MHz, situados a lo largo del tramo del cable que se va a analizar. A tal efecto, se utilizan sensores de DPs integrados en cada accesorio o sensores externos. Los sensores electromagnéticos y capacitivos se disponen integrados en el cable, mientras que los sensores de tipo transformador de corriente de alta frecuencia se colocan abrazando las pantallas del cable (sensores no invasivos).
Asi, el objetivo de la nueva invención es mejorar los resultados de evaluación del estado del aislamiento de los cables de alta tensión instalados y en servicio que se obtienen utilizando las tecnologías actuales, a fin de poder disponer de un nuevo procedimiento capaz de detectar, discriminar entre señales de ruido eléctrico y señales de tipo "descarga parcial", localizar su posición a lo largo del cable, conocer su magnitud, identificar las fuentes de DPs que se produzcan en diferentes posiciones a lo largo del cable y, finalmente, diagnosticar la gravedad de cada uno de los defectos encontrados.
Este objetivo ha sido alcanzado plenamente con la presente invención y está caracterizado por las reivindicaciones que se anexan, en las que el procedimiento reivindicado contempla las etapas que se describen en lo que sigue, y mostradas esquemáticamente en relación con el diagrama de flujo de la Figura 4 de los dibujos. Así:
Una primera etapa del procedimiento (bloque 4.1) consiste en adquirir capturas sincronizadas de la señal recogida por cada sensor durante intervalos de tiempo iguales a un periodo de la tensión de red. La sincronización de la captura se realiza mediante una señal de disparo simultáneo de las distintas unidades de adquisición de señal, por ejemplo a través de una señal de disparo transmitida por fibra óptica con repetidores de baja latencia (retraso despreciable) distribuidos a lo largo del cable. El disparo sincronizado es muy importante para poder localizar posteriormente la posición de las fuentes de DPs. En una segunda etapa (bloque 4.2), se lleva a cabo la discriminación del ruido eléctrico respecto a la señal adquirida. El ruido es causado por una mezcla de señales acopladas a las señales de DPs, bien de forma conducida a través del sistema de alimentación o por el sistema de puesta a tierra, o bien transmitida de forma radiada, por ejemplo por estaciones de radio, teléfonos móviles, etc. La eliminación del ruido se realiza mediante el filtrado de las señales conducidas por la alimentación y por tierra y mediante tratamiento numérico de las señales capturadas a través de los sensores. El procesamiento numérico de la presente invención consiste en realizar la transformada avelet de la señal adquirida y analizar estadísticamente sus componentes, a fin de encontrar eventos transitorios característicos de señales de DP (pulso oscilante amortiguado) que se distingan de la evolución estadística del ruido eléctrico. Para el análisis estadístico de las señales se utiliza un parámetro asociado a la dispersión de la señal en el periodo de captura. Aplicando este método a la señal original registrada, es posible discriminar el ruido eléctrico de los pulsos transitorios sub- amortiguados característicos de DPs. Sin embargo, debe indicarse que las señales reconocidas como DPs transitorias diferentes al ruido pueden proceder de defectos de aislamientos- en el cable objeto de evaluación o en otros equipos de alta tensión o pueden proceder de la electrónica de potencia conectada a la red, que producen similares eventos transitorios a los pulsos de DPs de defectos de aislamiento. En las etapas novena y décima que siguen, se dispone de herramientas de análisis para que el operador pueda distinguir los grupos de señales de DP debidos a defectos de aislamiento de los grupos de DPs ocasionados por la electrónica de potencia .
Analizando las Figuras 1 y 2, se pueden apreciar algunos detalles relacionados con el filtrado. En este sentido, la Figura 1 muestra una proporción del orden de 1/8 entre el nivel de la amplitud de la señal (1.1) de DP, con respecto a la amplitud de la señal (1.2) de ruido; la forma de onda de la tensión aparece representada en el gráfico por debajo de las señales anteriores e identificada con la referencia (1.3). Por su parte, la Figura 2 es ilustrativa de dos detalles (a - b) que representan gráficamente una señal (2a.1) de DP cuando se superpone en la cresta de la señal de ruido (Figura 2a), cuya señal resultante se muestra en (2a.2), y cuando una señal (2b.1) de DP se superpone cerca del nivel de cero en la pendiente de la señal de ruido (Figura 2b) , obteniéndose como señal resultante la mostrada con la referencia (2b.2).
Si se observa la Figura 3, aparecen representaciones relacionadas con la identificación de una señal (3a.1) de descarga parcial (DP) inmersa en un ruido blanco (3a.2) de amplitud aproximadamente doble a la amplitud de la DP (Figura 3a) , y una ampliación en detalle de la zona en la que el procedimiento de la presente invención aplicado (Figura 3b) evidencia que, inmerso en el ruido blanco ( 3b .2 ) , existe superpuesto un evento transitorio formado por un pulso oscilante (3b.1) amortiguado característico de una señal de DP, lo que ratifica el correcto funcionamiento del procedimiento empleado de discriminación entre del ruido blanco y la señal de tipo DP.
Volviendo a las etapas del proceso, la tercera y cuarta etapas (bloques 4.3 y 4.4 del diagrama de flujo de la Figura 4), consisten en asociar a cada señal característica de DP un conjunto de parámetros representativos que permitirán posteriormente formar grupos de DPs . A tal efecto, se realizan dos tipos de procesamiento diferentes, y los parámetros asi calculados se guardan en una base de datos (bloque 4.11).
En la tercera etapa (bloque 4.3) se lleva a cabo el 5 procesamiento de las señales de DP individuales para determinar, para cada señal de tipo DP, los siguientes parámetros: el tiempo de llegada de un pulso ti y el ángulo de fase en el tiempo φ± respecto al paso por cero de la señal de tensión de red. También se determinan dos parámetros JO adicionales relacionados con la magnitud de la señal de la DP: la amplitud de la envolvente de un pulso Ai y un parámetro correlacionado con la integral de la envolvente de la DP.
En la cuarta etapa (bloque 4.4), se realiza el
^.5 procesamiento de señales de DPs recogidas por los diferentes sensores y sistemas de adquisición de datos a fin de determinar los siguientes parámetros adicionales: parámetro de la fase φ (Ll , L2, L3) donde la señal de DP es originada teniendo en cuenta la amplitud más elevada de las señales 20 detectadas de los sensores situados en los accesorios (empalme o terminación) de las tres fases y el parámetro asociado al emplazamiento a lo largo del cable de la señal de tipo DP ¿ donde se estima que se haya generado la DP, que se calcula mediante el tiempo de retraso, χ± (Atj) , entre la llegada de iS cada señal de DP a los dos sensores instalados consecutivamente a lo largo de la misma pantalla del cable.
En la quinta etapa del procedimiento (bloque 4.5), se repite el proceso de las etapas anteriores (desde la primera
30 hasta la cuarta) , hasta completar 50 adquisiciones de señales de DPs para redes de 50 Hz, y 60 adquisiciones para redes de 60 Hz, equivalentes a un intervalo de tiempo total de adquisición de 1 segundo. El objetivo de este paso es disponer de datos suficientes para determinar la magnitud de las
|5 amplitudes de las señales de tipo DPs y su tasa de repetición por periodo de la tensión de red, asi como aumentar los datos asociados al emplazamiento de las DPs a lo largo del cable. Una vez completada la etapa, se accede al bloque siguiente, sexta etapa, en la que se determinan, para las DPs detectadas por cada sensor, la magnitud de las amplitudes de los pulsos de DP y la tasa de repetición de señales de DP por periodo de la tensión. La magnitud de la amplitud se determina como la magnitud más grande que ocurra repetidamente en cada uno de los sensores, que es calculada a través del valor de cuasi- pico de las amplitudes de las señales de DP registradas en las 50 adquisiciones y la tasa de repetición se determina como el valor medio de las señales de tipo DP detectadas por periodo a través un sensor en las 50 ó 60, según sea el caso, adquisiciones realizadas. Los datos calculados se guardan en una base de datos (bloque 4.11) para conocer la evolución histórica de las señales de tipo DP detectadas a través del sensor en consideración.
En la séptima etapa (bloque 4.7), se repite el proceso de los pasos anteriores hasta completar un número de adquisiciones estadísticamente representativo como para efectuar con fiabilidad el proceso de emplazamiento de las señales de tipo DP, la representación de su patrón en fase con la tensión y el reconocimiento de los defectos asociados a cada patrón, correspondientes a las siguientes etapas octava, novena y décima, respectivamente. El número de adquisiciones que se considera mínimo estadísticamente para efectuar con fiabilidad los referidos análisis es de 200, pero cuanto mayor sea este número, más fiable será el diagnóstico.
Una vez completada con éxito la etapa anterior, se accede a la siguiente etapa octava (bloque 4.8), en la que, teniendo en cuenta los datos almacenados en la base de datos (bloque 4.11) de cada señal de DP, se determina el mapa de emplazamientos de las fuentes de DPs en función de la posición que ocupan a lo largo del cable las señales de tipo DP. El referido mapa se construye teniendo en cuenta el parámetro del emplazamiento de cada señal x¿ de tipo DP, junto con un análisis de coherencia. El análisis de coherencia referido consiste en rechazar los pulsos de DP procedentes de reflexiones en accesorios, y rechazar los emplazamientos i determinados a partir de dos señales DPs con un amortiguamiento inconsistente con la distancia que separa la fuente de la DP y el sensor. Se corrige la amplitud de cada pulso de DP captado por un sensor para tener en cuenta el amortiguamiento de la señal. En el mapa de DPs se incluye, para cada emplazamiento de pulsos de DPs, dos tipos de datos diferentes: la tasa media del número de pulsos de DPs por periodo de la onda de tensión aplicada y las amplitudes de las señales originales DPs en los emplazamientos donde se generan. Estos dos datos se determinan por análisis estadístico del conjunto de DPs situadas en cada emplazamiento donde aparecen DPs . Debe entenderse por "emplazamiento de pulsos de DPs" un tramo del cable de aproximadamente 3 a 5 m donde las DPs se originan. El emplazamiento se identifica respecto a la distancia relativa a un determinado sensor tomado como referencia que está dispuesto en un empalme o en una terminación del cable.
En la novena etapa (bloque 4.9) se representan gráficamente los pulsos de las DPs con su posición de ángulo de fase en el tiempo φ± respecto al paso por cero de la señal de tensión de red, asociado a las DPs situadas en cada emplazamiento del cable donde aparezcan DPs a fin de poder tener un patrón de DPs representativo de cada emplazamiento de DPs para poder aplicar la siguiente etapa. En la décima etapa (bloque 4.10) se realiza una comparación el patrón de los pulsos de DPs en fase con la onda de la tensión aplicada y patrones de referencia. Es sabido que el riesgo de fallo del aislamiento depende del proceso físico causante de los pulsos de DPs, por ejemplo los pulsos corona 5 en aire no son cruciales para provocar la ruptura dieléctrica del aislamiento, pero las descargas parciales debidas a un defecto interno tipo cavidad resultan criticas para la vida del aislamiento. Consecuentemente, es muy importante conocer el tipo de defecto asociado a cada fuente de DP para poder
1J.0 evaluar el estado del aislamiento de un cable y de sus accesorios (terminales y empalmes) . Así, el patrón formado por los pulsos DPs en fase con la onda de la tensión aplicada asociados a cada emplazamiento de DPs se compara con respecto a los patrones de referencia asociados a defectos tipo con el
15 fin de evaluar el riesgo de fallo de cada una de las fuentes de DPs detectadas en cada emplazamiento. Esta comparación permite el reconocimiento de defectos tipo. Para un reconocimiento automático se aplica una red neuronal de reconocimiento de patrones a cada una de las fuentes de DPs
¿0 detectada.
Una interfaz de usuario (bloque 4.12), esquematizada en la Figura 4, permite mostrar los datos procesados para realizar la evaluación final del estado del aislamiento del 25 cable a partir de la siguiente información:
Evolución histórica de las DPs medidas por cada sensor en un accesorio (etapa sexta bloque 4.6);
Mapa de DP donde las fuentes de DPs se emplazan (etapa 0 octava bloque 4.8);
Patrón resuelto en fase de las DPs en cada emplazamiento (etapa novena, bloque 4.9);
Reconocimiento de patrón resuelto en fase para cada fuente de DP (etapa décima, bloque 4.10).
35 El nuevo procedimiento de monitorización de descargas parciales en cables instalados y en servicio para discriminar, localizar, medir, identificar y diagnosticar fuentes de descargas parciales, ha sido descrito suficientemente en lo que antecede. Adicionalmente, la invención tiene también por objeto la implementación de un sistema para la puesta en práctica de dicho procedimiento, el cual va a ser descrito en lo que sigue.
De acuerdo con la invención, el sistema físico para la aplicación del procedimiento preconizado tiene como finalidad monitorizar de forma continua las DPs que se produzcan en diferentes cables conectados a una subestación o centro de transformación. La estructura de este sistema responde al esquema general que aparece representado en la Figura 5 de los dibujos, y muestra un número de sistemas de medida (SM) (5.1) de descargas parciales distribuidos a lo largo de cables (5.2) respectivos para recoger las señales de DPs. Al menos deben disponerse dos sistemas de medida, uno en cada extremo de un cable (5.2) a monitorizar. Los SM (5.1) no tienen ninguna capacidad de procesamiento individual, sino que son controlados por el ordenador de un Sistema de Control y Análisis SCA (5.3) que se dispone en una de las dos subestaciones o centros de transformación (5.4) donde el cable se conecta. La información de cada SCA (5.3) es enviada a un Sistema Central (5.5) de base de datos (SC BBDD) para que pueda ser consultada desde cualquier ordenador (5.6) conectado a la red de datos. Aquí, las señales de tipo DP junto con el ruido eléctrico de fondo presente, son capturadas y registradas por el sistema (5.1) de medida (etapa primera (bloque 4.1) del diagrama de flujo de la Figura 4), y enviadas a través de una Red de Transmisión de Datos RTD (6.3), Figura 6, a un ordenador que actúa como Sistema de Control y Análisis SCA (6.1) para procesar y analizar la señales medidas (etapas segunda a décima (bloques 4.2 a 4.10) del diagrama de flujo de la Figura 4), de la siguiente forma: a) discriminar el ruido eléctrico de fondo de las señales de tipo DP (etapa segunda (bloque 4.2) del diagrama de flujo de la Figura 4 ) ,
b) localizar la posición de las fuentes de DP en los emplazamientos del cable donde se originan (etapas asociadas a los bloques 4.3, 4.4, 4.5, 4.7 y 4.8) del diagrama de flu o) ,
c) conocer su amplitud y tasa de repetición (etapas asociadas a los bloques 4.3, 4.5 y 4.6) del diagrama de flujo) ,
d) identificar el patrón de DPs en función del desfase de los pulsos de DPs con la onda de tensión de red (etapa novena (bloque 4.9 del diagrama de flujo), y
e) diagnosticar cada patrón asociado a un emplazamiento productor de DPs con un defecto tipo cavidad, descarga superficial externa o corona (etapa décima (bloque 4.10 del diagrama de flujo) .
Los subsistemas que componente el sistema de monitorización, mostrados en la Figura 6 de los dibujos, son los siguientes: - Subsistema de Control y Análisis (6.1), compuesto por los siguientes elementos:
- Ordenador de Control y Procesamiento OCP (6.1.1), que recopila y procesa las señales medidas por los SM (6.2) conforme al procedimiento de análisis descrito en el diagrama de flujo de la Figura 4, y decide la cadencia de generación de pulsos de sincronización;
Generador de Pulso de Sincronización GPS (6.1.3), previsto para generar un pulso de sincronismo en base a la cadencia marcada previamente por el OCP (6.1.1) y coincidente con un paso por cero de la tensión, y lo envía a través de un cable de fibra óptica CFO (6.3.2);
- Detector de Paso por Cero (DPC) (6.1.2), que informa al GPS (6.1.3) cuándo la onda de tensión de red de la línea monitorizada pasa por cero.
- Subsistemas de Medida (6.2), distribuidos a lo largo del cable, compuesto cada uno por: tres Sensores de Descargas Parciales SDP (6.2.1), situados en las pantallas de los accesorios (terminaciones y/o empalmes) de cada fase. Los sensores no invasivos utilizados son transformadores de corriente de alta frecuencia (HFCT) de ancho de banda comprendido entre 1 MHz y 20 MHz que se disponen acoplados a las pantallas de los cables en los accesorios; también se pueden utilizar sensores integrados en el propio accesorio del cable;
- dos tarjetas de Registradores Digitales RD (6.2.2), de dos canales cada una, disparadas por el pulso de sincronización procedente del GPS (6.1.3). La salida de cada sensor (6.2.1) se conecta a un canal de un RD (6.2.2), por lo que se utilizan tres canales de registro para una línea eléctrica trifásica, quedando uno de reserva. La velocidad de muestreo y la resolución vertical mínima de cada tarjeta registradora es de, al menos, 100 Mega-muestras por segundo y 10 bits;
- un Transmisor de Pulso de Sincronización TPS (6.2.3), que convierte el pulso de sincronización proveniente de la CFO (6.3.2), en un pulso eléctrico de disparo de los RD (6.2.2), para volverlo a convertir en un pulso óptico para su envío al siguiente SM (6.2) a través de la CFO (6.3.2) , y
- un Equipo de Protección y Control EPC (6.2.4), que protege contra sobretensiones y sobre-temperaturas a los dos RD (6.2.2) y al TPS (6.2.3) del SM (6.2), a la vez que permite controlar a través de órdenes de SCA (6.1), a los dos RD (6.2.2) .
Red de Transmisión de Datos, RTD (6.3), compuesto por los guientes elementos:
Conversor Ethernet-Fibra Óptica CE-FO (6.3.1), que permite transferir los datos del SCA (6.1) al CFO (6.3.2) y viceversa;
- un Cable de Fibra Óptica (CFO) (6.3.2), con dos fibras para transferir los datos y otra para el pulso de sincronización, y
- un Switch Ethernet SE (6.3.3) con dos entradas ópticas, para adaptar datos del SM (6.2) en señales ópticas, para ser transmitidos por el CFO (6.3.2), asi como recibir las órdenes y control de SCA (6.1).
No se considera necesario hacer más extenso el contenido de la presente descripción para que un experto en la materia pueda comprender su alcance y las ventajas que de la misma se derivan .
No obstante lo anterior, debe entenderse que la descripción realizada corresponde únicamente a una forma de realización preferida de la invención, y que en consecuencia, puede ser objeto de cambios, modificaciones y/o alteraciones, asimismo protegidas siempre que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

REI INDICACIONES
1.- Procedimiento de monitorización continua de fuentes de 5 descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión durante su conexión y funcionamiento en la red, mediante la discriminación, localización, medida, identificación y diagnóstico de fuentes de descargas parciales (DPs) en cables de alta tensión, en particular un procedimiento que permite
!J-0 detectar eventos de tipo descarga parcial a través de la medida de la señales eléctricas generadas discriminándolas del ruido de fondo, identificar el emplazamiento de las DPs a lo largo del cable, conocer su amplitud y tasa de repetición, identificar diferentes fuentes productoras de señales de DPs
15 en función de su emplazamiento donde fueron detectadas, y reconocer el tipo de defecto asociado a las DPs situadas en un mismo emplazamiento, caracterizado porque comprende:
- la medida (bloque 4.1) de forma sincronizada de señales analógicas captadas por al menos dos sensores que trabajan
20 en un rango de frecuencias comprendido entre 50 kHz y
20 MHz, y las transforma en sus correspondientes señales digitales representativas;
- la discriminación (bloque 4.2) dentro de la señal medida en (bloque 4.1) de los instantes en los que se ha producido una
^5 descarga parcial y, en esos instantes, separa de la señal medida del ruido eléctrico, mediante la aplicación de la transformada Wavelet junto con el tratamiento estadístico de la señal medida;
- la determinación (bloque 4.3), para cada señal de tipo DP, 30 de su magnitud, obtenida del análisis de su forma de onda, así como del instante que aparece la señal respecto al paso por cero de la onda de tensión aplicada;
- la determinación (bloque 4.4) para cada señal de tipo DP, de un conjunto de parámetros representativos obtenidos del
$5 análisis comparativo con otras señales de tipo DP captadas por sensores diferentes (parámetro de la fase donde se produce la DP, tiempo de llegada del pulso t± y parámetro de distancia desde el sensor al emplazamiento de la fuente de DP) ;
la repetición (bloque 4.5) de los pasos de las etapas anteriores un número de veces suficiente como para poder calcular, para cada sensor, un valor representativo de la magnitud de la amplitud y de la tasa de repetición de pulsos de DP, siendo el número de adquisiciones que se considera suficiente para el referido cálculo de 50 adquisiciones de una ventana igual al periodo de la tensión de red;
la determinación (bloque 4.6), a partir del conjunto de señales de tipo DP detectadas por cada sensor, del valor representativo de la magnitud del la amplitud y de la tasa de repetición de pulsos de DP por periodo de la onda de tensión de red asociado a las últimas 50 adquisiciones efectuadas ;
la repetición (bloque 4.7) de las etapas anteriores un número de veces suficiente, del orden de al menos 200 veces, como para poder disponer de una muestra de adquisiciones estadísticamente representativa para aplicar a las etapas posteriores ;
la determinación (bloque 4.8), del mapa de emplazamiento de señales de DPs, teniendo en cuenta el retraso de tiempos de llegada de las DPs procedentes de sensores contiguos y analizando la coherencia de señales de tipo DP obtenidas por otros sensores, mostrando en el mapa de emplazamiento las amplitudes de DPs y la tasa media de repetición de las citadas señales de tipo DP;
la generación automática (bloque 4.9) del patrón de los pulsos de DPs en función del desfase con la onda de la tensión aplicada de cada uno de los grupos (4.9) de DPs situados en un mismo emplazamiento del cable, y
la correlación (bloque 4.10) de cada grupo de fuente de DPs generado en (bloque 4.9) con defectos tipo productores de DPs mediante el reconocimiento de los patrones de las señales de DPs en función del desfase con la onda de tensión aplicada al cable a través de una red neuronal.
2 . - Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque (4.2) de discriminación de ruido, permite distinguir señales (2a.1 y 2b.1) con una forma de onda transitoria característica de una DP, con otras señales (1.1 y 1.2 de la figura 1) características de ruido eléctrico de fondo superpuesto.
3. - Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque (4.4) relativa a la determinación de un conjunto de parámetros asociados a cada señal de DP detectada, permite conocer la fase donde se originó la señal de DP, y una primera estimación del emplazamiento de la fuente de la DP .
4. - Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque (4.8) relativa a la determinación del mapa de las fuentes de DPs, permite validar o rechazar pulsos tipo DP relacionados con la posición de las fuentes de DPs a lo largo del cable, y permite conocer, en cada emplazamiento donde se identifica la presencia de fuentes de DP, la magnitud de los pulsos originales de DP y su tasa media de repetición, como parámetros estadísticos resultantes de un tratamiento de una muestra de población de DPs;
5. - Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque (4.9) proporciona la representación gráfica de las fuentes de DPs como subconjuntos de las DPs posicionadas en la misma región del espacio a lo largo del cable.
6. - Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la referida etapa asociada al bloque (4.10) proporciona la identificación de patrones de fuentes de DPs por aplicación de una red neuronal a los diferentes grupos de DPs separados en función de su emplazamiento a lo largo del cable.
7. - Un sistema físico para la puesta en práctica del procedimiento según las reivindicaciones 1 a 6, especialmente diseñado para detectar señales de tipo descarga parcial (DP) en base a la realización de medidas simultáneas en todos los sensores dispuestos a lo largo de un cable y ser recogidas por un sistema central que permite discriminar el ruido respecto a la forma de onda transitoria característica de una DP, determinar los parámetros asociado a cada DP, determinar el mapa de fuentes de DPs a lo largo del cable, representar gráficamente las fuentes de DPs como subconjuntos de las DPs posicionadas en la misma región del espacio a lo largo del cable, e identificar los patrones de las fuentes de DPs separados en función de su emplazamiento a lo largo del cable, caracterizado porque comprende los subsistemas siguientes:
subsistema (6.1) de control y análisis (SCA) , en el que se recopilan y procesan las señales capturadas por los registradores digitales (6.2.2) y se aplican las etapas de procedimiento de las reivindicaciones 2 a 6; subsistemas (6.2) de medida (SM) , instalados en puntos cercanos a las posiciones de monitorización, donde se reciben y retransmiten pulsos de sincronización, se captan las señales de descargas parciales a través de un equipo de protección y control, se registran y se envían las señales medidas al subsistema (6.1) de control y análisis para ser procesadas, y
una red (6.3) de transmisión de datos (RTD) , que permite transferir datos y órdenes desde el subsistema (6.1) de control y análisis hasta los subsistemas (6.2) de medida, distribuidos a lo largo del cable.
8.- Herramienta numérica para la aplicación práctica de metodología del procedimiento de las reivindicaciones 1 a 6, fin de presentar los resultados de las medidas, analizarlas emitir el diagnóstico del estado de un cable (bloque 4.11).
PCT/ES2011/000169 2010-05-26 2011-05-24 PROCEDIMIENTO DE MOTORIZACIÓN CONTINUA Y DIAGNÓSTICO DE FUENTES DE DESCARGAS PARCIALES (DPs) EN CABLES DE ALTA TENSIÓN DURANTE SU CONEXIÓN Y FUNCIONAMIENTO EN LA RED, Y SISTEMA FÍSICO PARA LA PUESTA EN PRACTICA DEL PROCEDIMIENTO WO2011151481A1 (es)

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