Andres Alfonso Osorio Marulanda Análisis para la definición de un modelo de restablecimiento y adaptación de las protecciones en la red de distribución de 34.5kV del Campo Apiay de ECOPETROL S.A. por maniobras y fallas de sobrecorriente CONCIER-CO-D2.1.6-040-. Andres Alfonso Osorio Marulanda ECOPETROL S.A. Andres.Osorio@ecopetrol.com.co Distribución

Presentación del Problema En la actualidad la coordinación de protecciones del sistema de distribución cuenta con un único grupo de ajustes definido para operación radial de los circuitos del sistema. Esta filosofía ha representado riesgos (Disparos no deseados o no operación de protecciones) cuando se ejecutan maniobras en los circuitos para mantenimientos o proyectos que significan cambios en su topología o aumento de las cargas. Dicha situación hace necesario definir una nueva coordinación de protecciones para los escenarios de operación mas probables. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Objetivos Definir los escenarios de operación probables de los circuitos del sistema de distribución, distintos a su configuración normal (radial), a ser analizados. Definir los grupos de ajustes de las funciones de sobrecorriente de los reconectadores principales del sistema de distribución para los escenarios de operación definidos anteriormente. Definir el modelo de implementación para el cambio de ajustes en los relés de los reconectadores. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Descripción del Sistema II III Descripción del Sistema Campo de producción maduro con más de 30 años en servicio, con tres zonas de producción, I, II y III. En ese mismo orden aportan a la producción del campo. Cuenta con un Sistema de Distribución de media tensión compuesto por 2 subestaciones, A y B, y 7 circuitos de C1/ 2/ 3/ 4/ 5/ 6 y A-B con una longitud total de casi 100km. En la actualidad la coordinación de protecciones de los reconectadores define un solo grupo de ajustes para operación radial Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Condiciones Operativas del Sistema Los circuitos C1 y C2 aportan el 59.24% de la producción, seguido por los circuitos C4 y C5 con el 22.59%, totalizando el 81.83%. Cada uno de los circuitos de estos dos grupos pueden suplirse entre sí. El circuito que mas producción diferida genera es el C1 (0.046%), los circuito C2/ 3/ 4/ 5 tienen un promedio de 0.028% año. Las diferidas asociadas a fallas de sobrecorriente corresponde a un valor promedio de 0.201% de la producción anual; 22.05% a causa de eventos con re-cierre NO exitoso (Larga duración) y 77.95% a eventos con re-cierre exitoso (Corta Duración). Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Condiciones Operativas del Sistema Los circuitos C1 y C2 suman el 27.22% de los eventos por fallas de sobrecorriente, mientras que C4 y C5 el 30%, que corresponden al 64% de las diferidas, 36.6% y 27.4% respectivamente. El tiempo promedio fuera de servicio por eventos con re-cierre NO exitoso es de 70.55min y de 5seg. en eventos con re-cierre exitoso, acorde a la parametrización de los relés de reconectadores. En promedio se tienen 90 eventos por año en todos los circuitos del campo. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Análisis de Escenarios - Conclusiones Con base en las bitácoras operativas, los circuitos que mayor cantidad de maniobras de suplencia tienen son C1-C2 y C4-C5. Los eventos que menos se presentan son los de larga duración (Recierres no Exitosos) pero son los que generan mayor tiempo fuera de servicio y donde se puede reducir diferidas. Se definen entonces que C1-C2 y C4-C5 ofrecen bondades para ser analizados y definir los grupos de ajustes de protecciones y metodología para su cambio (Adaptación). Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Desarrollo realizado – Metodología (1) La información de estados es reportada al SCADA Se calcularan los ajustes de protecciones direccionales para los circuitos C1-C2 y C4-C5 El sentido de flujo habilita un contacto o una variable en el SCADA Según el sentido del flujo son cambiados los ajustes de protección (Adaptación), acorde al calculo hecho como sistema enmallado. *Tomado de Referencia [2]. J. M. Gers y E. J. Holmes. Protection of Electricity Distribution Networks. *Tomado de Referencia [8] apuntes Clase Coordinación de Protecciones Carlos J. Zapata. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Desarrollo realizado – Metodología (2) Se propone el modelo de restablecimiento con base en históricos de fallas y maniobras del sistema. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Desarrollo realizado – Metodología (3) Se realizan simulaciones en NEPLAN para obtener el valor de la Corriente de corto circuito en los nodos donde están ubicados los reconectadores. Con base en la coordinación de protecciones se define I_pkp de 200A para todos los reconectadores, para que sean selectivos con el RC principal (TC 200:5) Con base en la referencia [1] se desarrolla programa en Matlab para el calculo de los diales de los reles de los RC, definiendo tiempos entre operaciones de 90ms. Tomado de Referencia [1] . J. Zapata y G. Mejia. “Coordinación de Relés de sobrecorriente en sistemas radiales utilizando programación lineal”. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Casos Analizados C1-C2 Con base en las corrientes de Corto circuito (3Φ) obtenidas de NEPLAN se obtiene, para cada uno de los escenarios definidos en la matriz Relé, los ajustes de as funciones 50/51 de fase apoyado del programa de Matlab. Al final se seleccionan los ajustes de los escenarios 4 (Grupo A) y 7 (Grupo B). Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Casos Analizados C4-C5 Con base en las corrientes de Corto circuito (3Φ) obtenidas de NEPLAN se obtiene, para cada uno de los escenarios definidos en la matriz Relé, los ajustes de as funciones 50/51 de fase apoyado del programa de Matlab. Al final se seleccionan los ajustes de los escenarios 12 (Grupo A) y 15 (Grupo B). Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Oportunidades y Beneficios Reducir Diferidas de producción asociadas a fallas de larga duración (con Re-cierre No-exitoso): Reducir el riesgo por disparos no selectivos en el sistema de distribución cuando opere de forma diferente a la normal (radial). Reducir el tiempo fuera de servicio asociado a fallas N-1 con re-cierres NO exitosos a un tiempo promedio de un (1) minuto, por medio del modelo de restablecimiento teniendo un valor esperado de reducción del 58.3% de diferidas (0.117% de la producción anual) con una recuperación económica esperada de 203,743USD/año* . Generar más valor agregado a la información alojada en el Centro integrado de control (SCADA). * Este valor se calculó con base en los supuestos de una producción diaria de 30,000 barriles de crudo y un valor comercial de 100USD/barril. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Conclusiones Esta propuesta muestra las bondades y ventajas de contar con un sistema de control que centraliza la información del sistema eléctrico, con la cual se pueden tomar decisiones operativas y realizar múltiples maniobras con el objetivo de minimizar los tiempos sin suministro de energía a las facilidades de producción. Aunque los procedimientos pueden ser complejos la tecnología presente facilita su implementación y la verificación de su efectividad. Los eventos temporales en la red son los que ofrecen mayor oportunidad de reducción de diferidas y que, con base en los históricos, permite definir esquemas adicionales de restablecimiento automático. El realizar reconfiguraciones o cambios en el sistema manteniendo el esquema de protecciones básico no asegura la selectividad y reduce la confiabilidad en la operación. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Recomendaciones Implementar este modelo en modo de prueba sin que se realicen maniobras de restablecimiento por un tiempo prudente (max. 3 meses) para capturar información de los tiempos de operación, efectividad de las operaciones. Realizar este análisis en otros campos de producción que cuenten con un sistema de distribución para la alimentación de pozos en la empresa que cuenten con un centro de operación centralizado y compartir experiencias. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Recomendaciones para Trabajos Futuros Este trabajo abre la puerta para futuros análisis y desarrollo en los siguientes temas: Análisis y modelos para sistemas con generación distribuida y como debería operar un esquema de protecciones adaptativas. Análisis y modelos de estimación de estados en sistemas de distribución haciendo uso de la información de centros integrados de operación. Modelos de Hardware In the Loop - HIL, en los cuales se pueda analizar el comportamiento y operación de Relés típicos del mercado con base en equivalentes de la red de distribución y señales típicas de falla definidas almacenadas en los sistemas de información del campo. Andrés Alfonso Osorio Marulanda

Preguntas??? GRACIAS!!! Andrés Alfonso Osorio Marulanda