3.Compensación Série de Reactivos Power Solutions

Transcripción

1 3.Compensación Série de Reactivos Power Solutions

2 Breve Historial Compensación serie utilizada la primera vez en los EE.UU. en 1928 (NY Power & Light) Diseminación a partir de 1950, con aumento de las tensiones manejables Primera referencia Siemens: 1981 Thyristor controlled capacitor segment. Cliente: Southern California Edison (EE.UU.) 1991: Siemens firma el contrato para el primero compensador serie controlado por tiristores del mundo (ASC Kayenta WAPA, EE.UU.) 2000: Siemens firma el contrato para el primero TPSC del mundo (TPSCs Vincent #1 y #2, SCE, EE.UU.) Page 2 July E T PS

3 Siemens Hoy Un Fuerte Player SCE Lugo Substation 2 TPSC 500kV, 401Mvar WAPA, Kayenta TCSC & FSC 230kV, 2 x 165Mvar Hydro Quebec Poste Montagnais 3 FSC 765kV, 476Mvar Virgina Power Lexington & Valley S/S FSC 500kV 355/505Mvar SPC Sichuan Puti S/S 3 FSC 500kV, 315 Mvar CMC China Yangcheng S/S 2 FSC 500kV, 500Mvar SCE Vincent 1, 2 & 3 3 TPSC 500kV, 401Mvar SPSC Hechi S/S 2 FSC 500kV, 762Mvar ENTERGY Dayton & Jacinto S/S 1 FSC 230kV, 223Mvar CFE Mexico Tecali Juile S/S 2 FSC 400kV, 150Mvar CHESF Sao Joao d Piaui 2 FSC 437 / 484 MVAr Shain Alusa Maraba Acailandia 2 FSC 500 kv 262 MVAr Eletronorte Imperatriz & P. Dutra S/S 2 FSC 500kV, 390Mvar EVN Dai Ninh S/S 2 FSC 500kV, 101 / 202 Mvar SPSC Pinguo S/S 2 FSC 500kV, 350 Mvar 2 TCSC 500kV, 65 Mvar Abengoa/Gener Atacama S/S 1 FSC 345kV, 490Mvar FURNAS Serra da Messa S/S 1 TCSC 500kV, 107Mvar FURNAS Samambaia S/S 1 FSC 500kV, 252Mvar Ibiuna S/S 1 FSC 500kV 765Mvar MOTRACO Mozal Mosambique S/S 1 FSC 400kV, 344Mvar Mozal South Africa S/S 1 FSC 400kV, 535Mvar PowerGrid Lucknow 2 FSC 400kV, 475 Mvar PowerGrid TALA Project 2 FSC 400kV, 743 Mvar 2 TCSC 400kV 112 Mvar PowerGrid Guddapah Gooty 4 FSC 400kV 202 /182 Mvar Page 3 July E T PS

4 Aplicaciones de la Compensación Serie Reducción de la caída de tensión en líneas de transmisión largas Incremento de la capacidad de transmisión Incremento de la estabilidad del sistema (reducción del ángulo de transmisión) Influencia sobre flujo de carga en líneas de transmisión paralelas Amortiguación de oscilaciones de potencia (TCSC) Prevención de resonancia sub síncrona (TCSC) Page 4 July E T PS

5 Efectos de la Instalación de Compensación Serie G P V 1, 1 V 2, 2 x L X C G 1 P c P Margen de estabilidad Límite de estabilidad 0 δ 1 - δ V 1. V P = 2. sin ( 1-2) x -x C V c V 1 V L V 2 V 1 V 2 Page 5 July E T PS

6 Tipos de Compensadores Serie FSC Fixed Series Compensation TPSC Thyristor Protected Series Compensation TCSC Thyristor Controlled Series Compensation Flujo de potencia Estabilidad Calidad de tensión Flujo de potencia Estabilidad Calidad de tensión Flujo de potencia Estabilidad Calidad de tensión 220 < kv < < Mvar < < kv < < Mvar < < kv < < Mvar < 200 ~ ~ ~ I Lim Page 6 July E T PS

7 Capacitores Serie Fijos (FSC s) Page 7 July E T PS

8 BANCO COMPENSACIÓN SERIE- ISOMÉTRICO DE UN BCS Page 8 July E T PS

9 BANCO COMPENSACIÓN SERIE- PLANTA Y CORTES Page 9 July E T PS

10 Capacitores Serie Fijos (FSC s) Seccionador de by-pass Llaves seccionadoras y de puesta a tierra TC Corriente de la línea MOV con TC TC sobrecarga de los capacitores Reactor de amortiguamiento capacitores y TC de desequilibrio Resistor de amortiguamiento plataforma TC falla a plataforma Explosor de disparo controlado (Spark Gap) Interruptor de by-pass Page 10 July E T PS

11 Equipos Principales EQUIPO DE ALTA TENSIÓN Banco de Capacitores en racks MOV (Apartarrayos - Metal Oxide Varistor) Centellador (Triggered spark gap) Circuito de Amortiguación Transformadores de Corriente Columna de Señales Interruptor de By-pass EQUIPO DE CONTROL & PROTECCIÓN Sistema de adquisición de datos en Plataforma Tableros de Control y Protección IHM (Interface Hombre-Máquina) Gateway SAGE (Sistema Automático para el Gerenciamiento de Energía) Page 11 July E T PS

12 Compensación Serie Capacitores Función Proveer potencia reactiva para reducción de las caídas de tensión en las líneas Datos para diseño Corriente nominal Impedancia Corrientes de sobrecarga (con tiempos de duración) Tiempo de descarga Page 12 July E T PS

13 Compensación Serie MOV s Función Limitar sobrevoltaje en los capacitores Datos para Diseño Tipos y duraciones de fallas Ciclo de fallas Auto recierre: Si / No? (fallas trifásicas) Estrategia de protección Energía reserva Page 13 July E T PS

14 Compensación Serie MOV s Características Involucro polimérico (sin riesgo de explosión o proyección de fragmentos) Tamaño de las columnas de discos de ZnO representa relación optimal entre modularidad, ahorro de espacio y facilidad de mantenimiento. Page 14 July E T PS

15 Compensación Serie Circuito de Amortiguamiento Función Limitar y amortiguar la corriente de descarga de los capacitores tras la operación del explosor o del interruptor. Datos para diseño Frecuencia de la corriente de descarga Factor de amortiguamiento Perdidas aceptables en la resistencia con el interruptor cerrado Page 15 July E T PS

16 Compensación Serie Explosor de Disparo Controlado (Spark Gap) Función Proteger los MOV s a través de operación ultra rápida (~1 ms) hasta el cierre completo del interruptor Datos para diseño Datos del ambiente (altitud) Máxima tensión sobre los capacitores y MOV s Ciclo de fallas Page 16 July E T PS

17 Compensación Serie Interruptor de Bypass Función Proteger a los capacitores, MOV s y otros equipos en la plataforma, maniobrar el banco de capacitores Datos para diseño Corriente continua nominal Corriente de corto circuito trifásica (1s) Voltaje de bloqueo BIL (entre terminales y fase-tierra) Tiempo de cierre Page 17 July E T PS

18 Compensación Serie TCs y Columnas de Señales Función TCs: medición de las corrientes a través de los equipos del banco Columnas de señales: llevar estos señales (convertidos en señales ópticos) hasta el sistema de control y protección Page 18 July E T PS

19 Diseño Basico de las Compensaciones Serie: Aspectos Fundamentales 1.Diagrama de Carga 2.Corriente de cortocircuito 3.Reiserción 4.Local de la instalación 5.Ampliaciones futuras de la red Page 19 July E T PS

20 Planificación de la Compensación Estudios Su finalidad es definir: Los valores nominales de la compensación Los requisitos básicos de diseño Los efectos sobre las caracteristicas eléctricas de otros equipos sobre su operación (p. ej. protecciones, apartarrayos, ) o Los efectos sobre el sistema de transmisión Page 20 July E T PS

21 Estudios Son los siguientes: 1. Flujo de Carga 2. Cortocircuito 3. Estabilidad transitoria 4. Tensiones transitorias durante la reinserción 5. Sobretesniones transitorias de manobra 6. Oscilaciones subsincronas Page 21 July E T PS

22 Estudios 1.Flujo de Carga: Xc requerida para el flujo de carga deseado MVAr nominales Cargas de emergencia / sobrecargas Nuevos requerimentos de compensación en paralelo Perfil de tensiones en régimen normal y de emergencia Page 22 July E T PS

23 Estudios 2. Cortocircuito: Niveles de cortocircuito para ajuste / dimensionamento de las protecciones internas del banco Protección de linea: definición medidas particulares si fuesen necesarias Resonancias en condiciones de falla Page 23 July E T PS

24 Estudios 3. Estabilidad Transitoria: Xc requerida para operación Oscilaciones de corriente y de tensión Requerimentos especiales para el sistema de protección Page 24 July E T PS

25 Compensación Serie Datos para diseño Impedancia nominal Corriente nominal Ciclos de sobrecarga de corriente (IEC 143, IEEE 824 u otros) Nivel de protección (puede ser definido por el fabricante) Datos de la red: Voltaje nominal Potencia de corto-circuito Estrategia de protección durante fallas Ciclos de eliminación de fallas Page 25 July E T PS

26 Compensación Serie Diseño de Componentes Principales Capacitor Corriente nominal Impedancia Corrientes de sobrecarga (con respectivos tiempos de duración) descarga MOV (Metal Oxide Varistors) esfuerzos por voltaje stresses (steady state operation) esfuerzos por corriente Dispositivos de Bypass esfuerzos por voltaje y corriente Circuito de Amortiguación operación steady state descarga del capacitor Page 26 July E T PS

27 Compensación Serie Criterio para Diseño de MOVs Datos necesarios tiempo de despeje de falla tiempo de back-up de despeje de falla auto-recierre si/no? (después de falla trifásica) tiempo de recierre después de despeje de falla tiempo de recierre después de auto-recierre to reclosure infructuoso Estrategia MOVs están diseñados para resistir cualquier falla externa Interruptor de bypass se permite cerrar en caso de fallas internas en la línea Page 27 July E T PS

28 Compensación Serie Diseño del Esquema de Protección de los MOVs Base: Condición de operación estado estable Datos básicos: Impedancia del Capacitor Corriente de línea nominal Magnitud de corriente de sobrecarga y respectiva duración Tipos de simulación: Verificar: Resultados: Corriente de oscilación (Swing currents) durante fallas en el sistema Despeje de falla en línea paralela Despeje de falla en otras líneas Voltaje versus esfuerzos Maximum continuous operating voltage (MCOV) Cantidad mínima de discos MOV en conexión serie Page 28 July E T PS

29 Compensación Serie Diseño del Esquema de Protección de MOVs Esfuerzos de Transientes Determinar Casos de fallas externas (tipo y duración) Casos de fallas internas (tipo y duración) Ciclos de despeje de fallas Ciclos de recierre Secuencia del interruptor de By-pass Ciclos de cierre del interruptor de By-pass Establecer y coordinar la estrategia apropiada de control y protección Calcular los casos de fallas externas (simulaciones) Establecer la cantidad de ewnergía de MOVs necesaria, incluyendo reserva Calcular los casos de fallas internas (simulaciones) Verificar el nivel de protección de los MOVs Page 29 July E T PS

30 Compensación Serie Diseño de los Componentes del Circuito de By-Pass Definir condiciones iniciales antes del cierre del interruptor de by-pass voltaje del capacitor al nivel máximo de protección del MOV flujo de carga ajustado a la corriente de sobrecarga del capacitor Definir componentes del circuito de by-pass con el criterio frecuencia de descarga de aprox Hz corriente de descarga inferior a la capacidad del suible amortiguación apropiada de las oscilaciones de corriente pérdidas fundamentales bajas en la resistencia de descarga con el interruptor de by-pass cerrado Calcular los esfuerzos sobre los componentes establecer el rating de los componentes para transientes establecer ratings de componentes bajo estado estacionario con el interruptor de by-pass cerrado Page 30 July E T PS

31 Sistema de Control y Protección Page 31 July E T PS

32 Sistema de Control y Protección Utiliza tecnología SIMATIC TDC (vida útil de 30 años) Alimentación de conversores de señales en las plataformas vía fibra óptica Registrador de fallas ligado al sistema de protección por fibras ópticas (sin límite de señales) IHM basada en sistema Windows Compatibilidad con sistemas SCADA a través de conversor de protocolos. Page 32 July E T PS

33 Capacitor Serie Controlado por Tiristores Tareas e funciones Control del flujo de carga Amortiguamiento de oscilaciones de potencia (POD) Grado de compensación incrementado Protección del capacitor mejorada Page 33 July E T PS

34 Capacitor Serie Controlado por Tiristores seccionadora 1 Seccionadora de bypass Seccionadora 2 TC de corriente de linea Apartarrayos y TC Capacitores, TC desequilibrio y divisor de voltaje Circuito de amortiguamiento TC de falla a plataforma Valvulas Reactor controlado por tiristores Apartarrayos de las valvulas spark gap Interruptor de bypass Page 34 July E T PS

35 TCSC Válvulas de Tiristores Disparo por señal óptica (LTT- Light Triggered Thyristor) Cantidad reducida de componentes Maintenance free Page 35 July E T PS

36 TCSC Diseño de la Rama TCR Seleccionar: inductancia L del reactor controlado Definir: corriente de línea durante operación en condiciones de estado estable y transiente del sistema Determinar: Especificar: rango de operación del TCSC durante operación en condiciones de estado estable y transiente del sistem Corriente através de la rama TCR Voltaje através de la válvula y através del capacitor Número de niveles de tiristores requerido Condiciones de operación eléctrica como dato de entrada para especificar el sistema de enfriamiento de válvulas Page 36 July E T PS

37 Capacitor Serie Protegido por Tiristores PLATFORM Capacitor serie 2 Válvula de tiristores como dispositivo rápido de by-pass 3 reactor limitador de corriente 4 MOV 5 interruptor de bypass 6 reactor de amortiguamiento 7 seccionadoras de plataforma con cuchillas de p.a.t. 8 seccionadora de bypass Page 37 July E T PS

38 TPSC Disponibilidad total FSC con MOVs requiere hasta 8 horas para enfriamiento 260 C Temp. válvulas TPSC 0.6 s tras la primera falla las válvulas ya están en las condiciones de pré-falla 50 C Valvula Interr. bypass Time / s Interr. línea Tiempo de auto cierre Tiempo de despeje de falla: 5 ciclos Page 38 July E T PS

39 Gracias! Carlos Eduardo Tibúrcio (+55) Page 39 July E T PS