10 00 hs b et ps innovation day - presentacion - compensacion serie
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3.Compensacin Srie de Reactivos
Power Solutions
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Page 2 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.)
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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
2 FSC 400kV, 150Mvar
WAPA, KayentaTCSC & FSC
230kV, 2 x 165Mvar
Virgina PowerLexington & Valley S/SFSC 500kV 355/505Mvar
CMC ChinaYangcheng S/S
2 FSC 500kV, 500Mvar
CHESFSao Joao d Piaui
2 FSC 437 / 484 MVAr
SPSCHechi S/S
2 FSC 500kV, 762Mvar
SPSCPinguo S/S
2 FSC 500kV, 350 Mvar2 TCSC 500kV, 65 Mvar
Abengoa/GenerAtacama S/S
1 FSC 345kV, 490Mvar
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
2 FSC 500kV, 390Mvar
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
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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)
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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
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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
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Capacitores Serie Fijos (FSCs)
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BANCO COMPENSACIN SERIE- ISOMTRICO DE UN BCS
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BANCO COMPENSACIN SERIE- PLANTA Y CORTES
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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
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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)
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Estudios
3. Estabilidad Transitoria:
Xc requerida para operacin
Oscilaciones de corriente y de tensin
Requerimentos especiales para el sistema de proteccin
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Sistema de Control y Proteccin
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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.
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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
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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
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TCSC Vlvulas de Tiristores
Disparo por seal ptica (LTT-Light Triggered Thyristor)
Cantidad reducida de componentes
Maintenance free
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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
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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
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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
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Page 39 July - 2010 Energy Transmission Power SolutionsE T PS
Gracias!
Carlos Eduardo Tibrcio
carlos.eduardo@siemens.com
(+55) 11 3908 2844
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