10 00 hs b et ps innovation day - presentacion - compensacion serie

3.Compensacin Srie de Reactivos

Power Solutions

July - 2010 Energy Transmission Power SolutionsE T PS

Breve Historial

Compensacin serie utilizada la primera vez en los EE.UU. en 1928 (NY Power & Light)

Diseminacin 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.)


Siemens Hoy Un Fuerte Player

SCEVincent 1, 2 & 3

3 TPSC 500kV, 401Mvar

SCELugo Substation

2 TPSC 500kV, 401Mvar

Hydro QuebecPoste Montagnais

3 FSC 765kV, 476Mvar

Shain Alusa Maraba Acailandia

2 FSC 500 kV 262 MVAr

CFE MexicoTecali Juile S/S


WAPA, KayentaTCSC & FSC

230kV, 2 x 165Mvar

Virgina PowerLexington & Valley S/SFSC 500kV 355/505Mvar

CMC ChinaYangcheng S/S


CHESFSao Joao d Piaui

2 FSC 437 / 484 MVAr

SPSCHechi S/S


SPSCPinguo S/S

2 FSC 500kV, 350 Mvar2 TCSC 500kV, 65 Mvar

Abengoa/GenerAtacama S/S


FURNASSamambaia S/S

1 FSC 500kV, 252MvarIbiuna S/S

1 FSC 500kV 765Mvar

MOTRACOMozal Mosambique S/S1 FSC 400kV, 344MvarMozal South Africa S/S1 FSC 400kV, 535Mvar

EletronorteImperatriz & P. Dutra S/S


FURNASSerra da Messa S/S

1 TCSC 500kV, 107Mvar

SPC SichuanPuti S/S

3 FSC 500kV, 315 Mvar

ENTERGYDayton & Jacinto S/S1 FSC 230kV, 223Mvar

PowerGridTALA Project

2 FSC 400kV, 743 Mvar2 TCSC 400kV 112 Mvar

PowerGridLucknow

2 FSC 400kV, 475 Mvar

PowerGridGuddapah Gooty

4 FSC 400kV202 /182 Mvar

EVNDai Ninh S/S2 FSC 500kV,101 / 202 Mvar


Aplicaciones de la Compensacin Serie

Reduccin de la cada de tensin en lneas de transmisin largas

Incremento de la capacidad de transmisin

Incremento de la estabilidad del sistema (reduccin del ngulo de transmisin)

Influencia sobre flujo de carga en lneas de transmisin paralelas

Amortiguacin de oscilaciones de potencia (TCSC)

Prevencin de resonancia sub sncrona (TCSC)


Efectos de la Instalacin de Compensacin Serie

GG G

V1, 1 V2, 2

xL

P

V1 . V2x

P = . sin (1 - 2) VLV2V1

XC

- xC Vc

Pc

1800

1

0 90 120 150

P

1- 2

Lmite de estabilidad

30

Margen de estabilidad

V1 V2


Tipos de Compensadores Serie

TCSC

220 < kV < 1000100 < Mvar < 200

Thyristor Controlled Series Compensation

~

FSC

220 < kV < 1000200 < Mvar < 800

Fixed Series Compensation

~

TPSC

220 < kV < 1000100 < Mvar < 800

Thyristor Protected Series Compensation

ILim

~

Flujo de potencia

Estabilidad

Calidad de tensin

Flujo de potencia

Estabilidad

Calidad de tensin

Flujo de potencia

Estabilidad

Calidad de tensin


Capacitores Serie Fijos (FSCs)


BANCO COMPENSACIN SERIE- ISOMTRICO DE UN BCS


BANCO COMPENSACIN SERIE- PLANTA Y CORTES


Capacitores Serie Fijos (FSCs)

Interruptor de by-pass

Llaves seccionadoras y de puesta a tierra

Seccionador de by-pass

capacitores y TC de desequilibrio

Explosor de disparo controlado(Spark Gap)

Reactor de amortiguamiento

p

l

a

t

a

f

o

r

m

a

TC falla a plataforma

TCCorriente de la lnea

TC sobrecarga de los capacitores

MOV con TC

Resistor de amortiguamiento


Equipos Principales

EQUIPO DE ALTA TENSIN Banco de Capacitores en racks MOV (Apartarrayos - Metal Oxide Varistor) Centellador (Triggered spark gap) Circuito de Amortiguacin Transformadores de Corriente Columna de Seales Interruptor de By-pass

EQUIPO DE CONTROL & PROTECCIN Sistema de adquisicin de datos en Plataforma Tableros de Control y Proteccin IHM (Interface Hombre-Mquina) Gateway SAGE (Sistema Automtico para el Gerenciamiento de

Energa)


Compensacin Serie Capacitores

Funcin

Proveer potencia reactiva para reduccinde las cadas de tensin en las lneas

Datos para diseo

Corriente nominal

Impedancia

Corrientes de sobrecarga (con tiempos deduracin)

Tiempo de descarga


Compensacin Serie MOVs

Funcin

Limitar sobrevoltaje en los capacitores

Datos para Diseo

Tipos y duraciones de fallas

Ciclo de fallas

Auto recierre: Si / No? (fallas trifsicas)

Estrategia de proteccin

Energa reserva


Compensacin Serie MOVs

Caractersticas

Involucro polimrico (sin riesgo deexplosin o proyeccin defragmentos)

Tamao de las columnas de discosde ZnO representa relacin optimalentre modularidad, ahorro deespacio y facilidad demantenimiento.


Compensacin Serie Circuito de Amortiguamiento

Funcin

Limitar y amortiguar la corriente dedescarga de los capacitores tras laoperacin del explosor o del interruptor.

Datos para diseo

Frecuencia de la corriente de descarga

Factor de amortiguamiento

Perdidas aceptables en la resistencia conel interruptor cerrado


Compensacin Serie Explosor de Disparo Controlado (Spark Gap)

Funcin

Proteger los MOVs a travs de operacin ultra rpida (~1 ms) hasta el cierre completo del interruptor

Datos para diseo

Datos del ambiente (altitud)

Mxima tensin sobre los capacitores y MOVs

Ciclo de fallas


Compensacin Serie Interruptor de Bypass

Funcin

Proteger a los capacitores, MOVs y otros equipos en la plataforma, maniobrar el banco de capacitores

Datos para diseo

Corriente continua nominal

Corriente de corto circuito trifsica (1s)

Voltaje de bloqueo

BIL (entre terminales y fase-tierra)

Tiempo de cierre


Compensacin Serie TCs y Columnas de Seales

Funcin

TCs: medicin de las corrientes a travs de los equipos del banco

Columnas de seales: llevar estos seales (convertidos en sealespticos) hasta el sistema de control y proteccin


Diseo Basico de las Compensaciones Serie:Aspectos Fundamentales

1.Diagrama de Carga

2.Corriente de cortocircuito

3.Reisercin

4.Local de la instalacin

5.Ampliaciones futuras de la red


Planificacin de la CompensacinEstudios

Su finalidad es definir:

Los valores nominales de la compensacin

Los requisitos bsicos de diseo

Los efectos sobre las caracteristicas elctricas de otros equipos o sobre su operacin (p. ej. protecciones, apartarrayos,)

Los efectos sobre el sistema de transmisin


Estudios

Son los siguientes:

1. Flujo de Carga

2. Cortocircuito

3. Estabilidad transitoria

4. Tensiones transitorias durante la reinsercin

5. Sobretesniones transitorias de manobra

6. Oscilaciones subsincronas


Estudios

1.Flujo de Carga:

Xc requerida para el flujo de carga deseado

MVAr nominales

Cargas de emergencia / sobrecargas

Nuevos requerimentos de compensacin en paralelo

Perfil de tensiones en rgimen normal y de emergencia


Estudios

2. Cortocircuito:

Niveles de cortocircuito para ajuste / dimensionamento de lasprotecciones internas del banco

Proteccin de linea: definicin medidas particulares si fuesennecesarias

Resonancias en condiciones de falla


Estudios

3. Estabilidad Transitoria:

Xc requerida para operacin

Oscilaciones de corriente y de tensin

Requerimentos especiales para el sistema de proteccin


Compensacin Serie Datos para diseo

Impedancia nominal

Corriente nominal

Ciclos de sobrecarga de corriente (IEC 143, IEEE 824 u otros)

Nivel de proteccin (puede ser definido por el fabricante)

Datos de la red:

Voltaje nominal

Potencia de corto-circuito

Estrategia de proteccin durante fallas

Ciclos de eliminacin de fallas


CapacitorCorriente nominalImpedanciaCorrientes de sobrecarga (con respectivos tiempos de duracin)descarga

MOV (Metal Oxide Varistors)esfuerzos por voltaje stresses (steady state operation)esfuerzos por corriente

Dispositivos de Bypassesfuerzos por voltaje y corriente

Circuito de Amortiguacinoperacin steady statedescarga del capacitor

Compensacin Serie Diseo de Componentes Principales


Datos necesarios

tiempo de despeje de falla

tiempo de back-up de despeje de falla

auto-recierre si/no? (despus de falla trifsica)

tiempo de recierre despus de despeje de falla

tiempo de recierre despus de auto-recierre to reclosure infructuoso

Estrategia

MOVs estn diseados para resistir cualquier falla externa

Interruptor de bypass se permite cerrar en caso de fallas internas en la

lnea

Compensacin Serie Criterio para Diseo de MOVs


Base: Condicin de operacin estado estable

Datos bsicos:

Impedancia del Capacitor

Corriente de lnea nominal

Magnitud de corriente de sobrecarga y respectiva duracin

Tipos de simulacin:

Corriente de oscilacin (Swing currents) durante fallas en el sistema

Despeje de falla en lnea paralela

Despeje de falla en otras lneas

Verificar:

Voltaje versus esfuerzos

Resultados:

Maximum continuous operating voltage (MCOV)

Cantidad mnima de discos MOV en conexin serie

Compensacin Serie Diseo del Esquema de Proteccin de los MOVs


Esfuerzos de Transientes

Determinar Casos de fallas externas (tipo y duracin) Casos de fallas internas (tipo y duracin) 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 proteccin Calcular los casos de fallas externas (simulaciones) Establecer la cantidad de ewnerga de MOVs necesaria, incluyendo

reserva Calcular los casos de fallas internas (simulaciones) Verificar el nivel de proteccin de los MOVs

Compensacin Serie Diseo del Esquema de Proteccinde MOVs


Definir condiciones iniciales antes del cierre del interruptor de by-pass voltaje del capacitor al nivel mximo de proteccin 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. 800 900 Hz corriente de descarga inferior a la capacidad del suible amortiguacin apropiada de las oscilaciones de corriente prdidas 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

Compensacin Serie Diseo de los Componentes del Circuito de By-Pass


Sistema de Control y Proteccin


Sistema de Control y Proteccin

Utiliza tecnologa SIMATIC TDC (vidatil de 30 aos)

Alimentacin de conversores de sealesen las plataformas va fibra ptica

Registrador de fallas ligado al sistema deproteccin por fibras pticas (sin lmite deseales)

IHM basada en sistema Windows

Compatibilidad con sistemas SCADA atravs de conversor de protocolos.


Capacitor Serie Controlado por Tiristores

Tareas e funciones

Control del flujo de carga

Amortiguamiento de oscilaciones de potencia (POD)

Grado de compensacin incrementado

Proteccin del capacitor mejorada


Capacitor Serie Controlado por Tiristores

seccionadora 1Seccionadora de bypass

Capacitores, TC desequilibrio y divisor de voltaje

Apartarrayos y TC

Circuito de amortiguamiento

TC de falla a plataforma

TC de corriente de linea

Reactor controlado por tiristores

Interruptor de bypass

Seccionadora 2

spark gap

Apartarrayos de las valvulas

Valvulas


TCSC Vlvulas de Tiristores

Disparo por seal ptica (LTT-Light Triggered Thyristor)

Cantidad reducida de componentes

Maintenance free


inductancia L del reactor controlado

corriente de lnea durante operacin en condiciones de estadoestable y transiente del sistema

rango de operacin del TCSC durante operacin en condiciones de estado estable y transiente del sistem

Corriente atravs de la rama TCR Voltaje atravs de la vlvula y atravs del capacitor Nmero de niveles de tiristores requerido

Condiciones de operacin elctrica como dato de entradapara especificar el sistema de enfriamiento de vlvulas

Seleccionar:

Definir:

Determinar:

Especificar:

TCSC Diseo de la Rama TCR


Capacitor Serie Protegido por Tiristores

1 Capacitor serie

2 Vlvula de tiristores como dispositivo rpido 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 bypassPLATFORM

87 7

1

4

32

6

5


TPSC Disponibilidad total

Tiempo de auto cierre

260C

50C

Temp. vlvulasTPSC

ValvulaInterr. bypass

Interr. lnea

Tiempo de despeje de falla: 5 ciclos

0.6 s tras la primera falla las vlvulas ya estnen las condiciones de pr-falla

Time / s 1.1 1.31.50.90.70.5

FSC con MOVs requiere hasta 8 horas para enfriamiento


Gracias!

Carlos Eduardo Tibrcio

[email protected]

(+55) 11 3908 2844

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