El poder de la precisión: Cómo los sistemas de ondas viajeras revolucionan la localización de averías y mejoran la fiabilidad de la red

En el mundo interconectado de hoy en día, la fiabilidad del suministro eléctrico es primordial. Los cortes de electricidad alteran la vida de las personas, las empresas y las infraestructuras críticas, provocando pérdidas económicas y problemas de seguridad. Las empresas de servicios públicos se esfuerzan constantemente por minimizar la duración de los cortes y mejorar la resistencia de la red.

Un factor clave para lograr este objetivo es la capacidad de localizar con rapidez y precisión los fallos en las líneas de transmisión. Esta entrada del blog profundiza en la innovadora tecnología de localización de averías por ondas viajeras (TWFL) y su impacto transformador en la localización de averías y la fiabilidad de la red.

La urgencia de una rápida localización de averías

Cuando se produce una avería en una línea de transmisión, es imperativo aislar la sección averiada, iniciar las reparaciones y restablecer el funcionamiento normal lo antes posible. Esta urgencia se deriva de las implicaciones económicas de las interrupciones prolongadas y de las presiones reguladoras para mantener una alta calidad del suministro.

Las empresas de servicios públicos son responsables de minimizar los "minutos perdidos por los clientes", un indicador clave de rendimiento utilizado por los reguladores para evaluar su eficiencia. Especialmente en las redes de subtransmisión que operan por debajo de 100 kV, la necesidad de una rápida localización de averías se amplifica. Estas redes son a menudo más extensas, menos robustas y tienen una redundancia limitada, lo que las hace susceptibles a las averías y aumenta el impacto en los cortes de suministro a los clientes.

Espectro de fallos: Permanentes, Intermitentes y Transitorias

Las averías en las líneas aéreas de transmisión pueden manifestarse en tres categorías principales: permanentes, intermitentes o recurrentes y transitorias. Las averías permanentes, aunque poco frecuentes, requieren una rápida localización y reparación. Las averías intermitentes, provocadas por factores como aislamientos dañados, interferencias de la vegetación o choques de conductores, pueden repetirse y suponer una amenaza para la fiabilidad a largo plazo. Los fallos transitorios, a menudo causados por pájaros, rayos o incendios forestales, suelen ser eventos puntuales.

Tradicionalmente, los fallos intermitentes y transitorios recibían menos atención. Sin embargo, la creciente atención prestada a la calidad del suministro y la posibilidad de que estos fallos se conviertan en permanentes han cambiado esta perspectiva. El análisis de todas las desconexiones de línea, independientemente de su naturaleza, se ha convertido en un elemento crucial para evitar la escalada y mantener de forma proactiva la estabilidad de la red.

Limitaciones de los métodos tradicionales basados en la impedancia

Los métodos tradicionales de localización de averías se basaban principalmente en cálculos de impedancia. Estas técnicas, aunque sirven para algo, a menudo carecen de la precisión y coherencia necesarias para señalar la ubicación exacta de la avería, especialmente en el caso de eventos intermitentes o transitorios. La ambigüedad que surge de los resultados basados en la impedancia puede llevar a la incertidumbre sobre la torre específica con un aislador dañado o el tramo afectado por la invasión de la vegetación, lo que dificulta los esfuerzos de mantenimiento específicos.

Entre en Sistemas de Ondas Viajeras: Un cambio de paradigma en la localización de averías

Los modernos sistemas de localización de averías por ondas viajeras TWFL han cambiado las reglas del juego, ofreciendo una alternativa muy precisa y fiable a los métodos tradicionales. Los sistemas TWFL aprovechan el fenómeno de las ondas viajeras generadas por una avería. Cuando se produce una avería, el arco eléctrico resultante y el cambio de tensión crean ondas viajeras que se propagan a lo largo de la línea de transmisión en ambas direcciones. Los localizadores de averías TWFL, situados estratégicamente en los extremos de la línea, capturan con precisión la hora de llegada de estas ondas utilizando el GPS como referencia temporal.

Las etiquetas temporales capturadas se transmiten a continuación a una ubicación central, donde sofisticados algoritmos, combinados con información sobre la longitud de la línea y la velocidad de propagación de las ondas, calculan la distancia hasta la avería.Este método de doble extremo (Tipo D) elimina la necesidad de intervención del operador y proporciona datos de localización de averías automatizados y en tiempo real.

Precisión redefinida: Desentrañando la precisión de TWFL

La precisión de las localizaciones de averías derivadas de TWFL depende de tres factores críticos: la precisión de la marca de tiempo GPS, la precisión de los datos de longitud de línea y la velocidad supuesta de propagación de las ondas. Por lo general, se considera que la velocidad de propagación en las líneas aéreas es la velocidad de la luz (300 m/µs) y no se ve afectada en gran medida por las características de los conductores, la construcción de las torres o las transposiciones de fase.

La longitud de la línea, normalmente proporcionada por la compañía eléctrica, representa la suma de las distancias punto a punto entre las torres, a menudo denominada longitud "física" de la línea. Para tener en cuenta la flecha de los conductores, se suele aplicar un factor de velocidad por defecto del 98,98% (297 m/µs).

La evolución de la tecnología TWFL ha sido testigo de notables avances en la precisión de la marca de tiempo GPS. Los equipos TWFL más antiguos tenían una precisión de marca de tiempo GPS de 1µs, lo que se traducía en precisiones alcanzables de unos 200 metros. Sin embargo, la última generación de TWFL cuenta con una precisión de tiempo GPS de 100 nanosegundos, con una resolución de 10 nanosegundos, lo que permite una precisión teórica de aproximadamente 30 metros. Las pruebas de campo realizadas en el Lejano Oriente han demostrado precisiones tan impresionantes como 45 metros, con precisiones típicas de 60 metros después de la calibración de la línea utilizando transitorios de las operaciones de conmutación.

Esta notable precisión se traduce en la capacidad de localizar averías con una precisión de un solo tramo utilizando los equipos TWFL existentes y, lo que es más impresionante, con una precisión de una sola torre utilizando la última generación de TWFL.

Es importante tener en cuenta que las discrepancias en la longitud del cableado desde los transformadores de corriente (TC) de protección hasta la sala de relés en cada extremo de la línea pueden introducir errores. Estas variaciones deben tenerse en cuenta para obtener una precisión óptima.

Cosechando los frutos: Ventajas de la localización de fallas de alta precisión

La alta precisión y consistencia que ofrece TWFL permiten a los ingenieros de operación una confianza sin precedentes en los datos de localización de averías. Esta precisión permite obtener varias ventajas clave:

• Despliegue rápido de equipos de reparación: La localización precisa de averías permite a las empresas de servicios públicos enviar equipos de reparación directamente al lugar de la avería, eliminando la pérdida de tiempo en la búsqueda de la ubicación de la avería. Esto se traduce en reparaciones más rápidas y un restablecimiento más rápido del servicio.
• Mantenimiento preventivo específico: TWFL proporciona información valiosa sobre la naturaleza y la ubicación de averías intermitentes o transitorias. El análisis de las tendencias de estos eventos permite a las empresas de servicios públicos identificar problemas recurrentes, como aisladores contaminados o dañados o invasión de la vegetación, y abordarlos de forma proactiva mediante un mantenimiento específico. Este enfoque proactivo minimiza el riesgo de que estas averías se conviertan en cortes permanentes.
• Mejor comprensión de las causas de las fallas: Los datos de TWFL pueden ayudar a identificar las causas de las averías. Por ejemplo, la correlación de las ubicaciones de las averías con los sistemas de detección de rayos proporciona pruebas sólidas de averías inducidas por rayos. En otros casos, TWFL ha revelado que la actividad de las aves es la culpable de fallos atribuidos inicialmente a los rayos, lo que pone de relieve la capacidad del sistema para descubrir causas menos obvias y mejorar la precisión de la clasificación de fallos.
• Mejora de la restauración del sistema: La identificación rápida y precisa de las ubicaciones de los fallos facilita un retorno más rápido a las condiciones normales de funcionamiento de las redes con fallos. Esto minimiza los tiempos de interrupción del servicio al cliente y mejora la fiabilidad general del sistema.

Infraestructura de comunicaciones: la columna vertebral de TWFL de doble extremo

El método de localización de averías de doble extremo (Tipo D) empleado por TWFL se basa en el intercambio continuo de información entre los extremos de la línea y una ubicación de procesamiento central. Una infraestructura de comunicaciones sólida es, por tanto, esencial para el funcionamiento eficaz de TWFL. Existen varias opciones de comunicación, cada una con sus propias consideraciones:

• Ethernet: Las conexiones Ethernet ofrecen un gran ancho de banda y fiabilidad, lo que las convierte en la opción preferida cuando están disponibles.
• Módems de marcación: Los módems de marcación proporcionan una solución rentable, especialmente en escenarios con requisitos de ancho de banda limitados.
• GSM/GPRS: Los módems GSM (Global System for Mobile Communications) y GPRS (General Packet Radio Service) aprovechan la ubicuidad de las redes de telefonía móvil, ofreciendo flexibilidad en zonas donde otras opciones de comunicación son limitadas.
• Canales SCADA: La integración de los datos TWFL en los sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) existentes está ganando adeptos, especialmente en Estados Unidos. Este enfoque utiliza canales de comunicación establecidos y requiere un software especializado en el maestro SCADA para procesar los datos TWFL y calcular la localización de averías.

La elección del método de comunicación depende de factores como la infraestructura existente, los requisitos de ancho de banda, consideraciones de coste y las necesidades específicas de la empresa de servicios públicos.

Instalación y monitorización de señales: Consideraciones prácticas

Los sistemas TWFL suelen instalarse a posteriori en subestaciones existentes, lo que subraya la necesidad de procedimientos de instalación sencillos y no intrusivos. El método de monitorización de la señal depende de la configuración de la terminación de la línea:

• Monitorización de corriente: En subestaciones con múltiples líneas conectadas a una barra colectora y baja impedancia de terminación, es preferible monitorizar el componente de corriente de la onda viajera. Esto se consigue normalmente utilizando pequeñas pinzas de corriente de núcleo dividido colocadas alrededor del cableado del TC en el panel de protección. Se introduce un entrehierro para filtrar las señales de potencia de baja frecuencia.
• Vigilancia de la tensión: cuando las líneas terminan en transformadores o líneas de doble circuito con la posibilidad de que una línea se desconecte, la impedancia de terminación se vuelve alta. En estos casos, es necesario monitorizar el componente de tensión de la onda viajera. El método preferido consiste en utilizar el transformador de tensión con condensador (CVT) de la línea si se dispone de él.

Se instala un TC toroidal en la conexión a tierra de la pila de condensadores del CVT para capturar los componentes de alta frecuencia de la tensión de línea, que se amplifican eficazmente.

A continuación, la señal se transmite a la sala de relés a través de un cable apantallado y se supervisa mediante un TC de núcleo dividido estándar. Aunque esta técnica ofrece un buen acoplamiento de alta frecuencia, requiere una interrupción de la línea para la instalación del TC toroidal y un nuevo cableado hasta la sala de relés.

Complementando la configuración de monitorización de la señal, se suele montar una antena GPS en el tejado de la subestación, asegurando una visión clara del cielo para una sincronización horaria precisa.

TWFL en acción: Estudios de casos y resultados de campo

La eficacia de la TWFL de doble extremo en aplicaciones reales está bien documentada a través de numerosos estudios de casos y despliegues de campo:

• Escocia: un estudio de dos años sobre un circuito relativamente corto de 35.Los resultados de un circuito de 140 km en Sudáfrica durante un período de seis meses validaron aún más la fiabilidad de TWFL, con patrullas de línea que confirmaron la precisión de las localizaciones de averías derivadas de TWFL en todo momento. Por el contrario, los resultados de los relés de impedancia mostraron errores significativos que oscilaban entre el 1,7% y el 23%.
• EE.UU. Una compañía eléctrica de EE.UU. equipó 12 circuitos de 500 kV con dispositivos TWFL. Las comparaciones entre los datos de TWFL y los sistemas de detección de rayos durante una tormenta mostraron una fuerte correlación, incluso en los casos en los que la línea no se disparó, lo que pone de relieve la sensibilidad de TWFL a las ondas viajeras inducidas por rayos.
• Circuito Dominion 22 de 500 kV: Esta línea de 39,07 millas, construida en la década de 1920 con torres de madera, presentaba desafíos para los métodos tradicionales de localización de fallas debido a las fallas a tierra típicamente de alta impedancia. Sin embargo, TWFL disparó y localizó con éxito los 10 disparos de la línea desde su instalación, lo que demuestra su eficacia en situaciones difíciles.

Estos ejemplos del mundo real ponen de manifiesto la fiabilidad, precisión y versatilidad de TWFL a la hora de localizar averías en diversas configuraciones de red y tipos de avería.

Futuros horizontes: Ampliación del alcance de TWFL

El éxito de TWFL en sistemas de transmisión de alta tensión ha allanado el camino para ampliar su aplicación a sistemas de baja tensión, que a menudo presentan complejidades como múltiples derivaciones y ramales.

Los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso se centran en mejorar los algoritmos TWFL y las interfaces de software para manejar estas complejidades con eficacia. Además, la exploración de transductores de tensión alternativos para facilitar la supervisión de la tensión en escenarios en los que no se dispone de CVT sigue siendo un área activa de investigación.

Conclusión: TWFL - Una piedra angular de la fiabilidad de la red moderna

Los sistemas de ondas viajeras han revolucionado la localización de averías, proporcionando a las compañías eléctricas una potente herramienta para mejorar la fiabilidad de la red y minimizar la duración de las interrupciones. La precisión, la automatización y la capacidad de analizar todos los tipos de averías convierten a los TWFL en un activo indispensable para los sistemas de energía modernos.

A medida que la investigación y el desarrollo sigan ampliando los límites de esta tecnología, los TWFL desempeñarán un papel cada vez más importante a la hora de garantizar una red eléctrica estable, resistente y eficiente para el futuro.