Investigación del ruido anormal del generador nro. 15 de 700 MW de Casa de Máquinas II de Guri
-
Upload
ruben-jimenez -
Category
Documents
-
view
185 -
download
1
description
Transcript of Investigación del ruido anormal del generador nro. 15 de 700 MW de Casa de Máquinas II de Guri
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MÉRIDA – VENEZUELA
INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI
Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista
Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas
Enero, 2005
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MÉRIDA – VENEZUELA
INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI
Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista
Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas Tutor Académico: Prof. Carlos Muñoz Tutor Industrial: Ing. Eduardo Montilla
Enero, 2005
ii
INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI
Br. Rubén A. Jiménez R.
El Trabajo de Grado titulado “INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL
GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI”,
presentado por el Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas, en cumplimiento parcial
de los requisitos para optar al Título de Ingeniero Electricista, fue aprobado
por el siguiente jurado.
Prof. Carlos Muñoz
C.I. V-8.008.441
Prof. José Contreras C.I. V-4.490.926
Prof. Pedro Mora C.I. V-3.623.983
iii
INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI
Br. Rubén A. Jiménez R.
El Trabajo de Grado titulado “INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL
GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI”,
presentado por el Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas, en cumplimiento parcial
de los requisitos para optar al Título de Ingeniero Electricista, fue realizado
en la Corporación Venezolana de Guayana Electrificación del Caroní C.A.
C.V.G. EDELCA, Departamento de Operaciones Guri bajo la tutoría industrial
del Ing. Eduardo Montilla.
Ing. Eduardo Montilla C.I. V-9.697.991 Tutor Industrial
iv
DEDICATORIA Cuesta creer que lo que en muchas ocasiones vimos tan lejano, sea hoy una
realidad, y quisiera aprovechar éstas líneas para dedicar éste logro a mis
padres y hermanos, sin su apoyo y compañía nada de ésto sería posible,
sigamos luchando por todo aquello que queramos, éste paso es una muestra
de que unidos como siempre hemos estado, somos uno, pero uno con toda
la fuerza del mundo. Éste logro es más de ustedes que mío.
Rubén Antonio
v
AGRADECIMIENTO Sería una vanalidad pretender que la culminación de éste trabajo, y por tanto,
el alcance de ésta meta fue un camino recorrido sólo por mi persona, hoy doy
gracias a Dios porque no fue así, y aprovecho éste espacio para agradecer a
todos aquellos que de una u otra forma estuvieron presentes...
A Dios todo poderoso y a la Santísima Virgen, por darme la fuerza en todo
momento y recordarme con cada amanecer lo bella que es la vida.
Al Niño Jesús, por proteger a todos aquellos que se encuentran a mi lado,
ha sido la mejor manera de protegerme a mí también.
A Mamá Charo, gracias por todos los consejos brindados en vida, cada uno
ha sido fuerza para mantenernos en la lucha.
A Nona y Nono, no tengo cómo agradecerles cada una de sus palabras,
cada gesto, cómo quisiera hoy poder tenerlos al frente y que vieran lo que he
logrado, sé que desde el cielo, juntos, celebran también.
A Mamá, por ser siempre la más bella de las madres, y estar a mi lado
creyendo en mí, gracias por los regaños y los abrazos, todos me daban
fuerza para no perecer en el camino, hoy y siempre daré lo mejor de mí para
compensar todo lo que me ha dado.
A Papá, gracias por ser como es, dándonos el mejor de los ejemplos de
dedicación y constancia, de amor al trabajo y a su familia, cómo no luchar y
querer ser siempre mejor con un ejemplo como el suyo, gracias papá.
vi
A Rosedi y Ramón Antonio, por estar siempre presente y anteponerme
ante sus propias necesidades, con éste paso culminamos los tres, como
siempre, los tres para arriba y para abajo, porque así ha sido, y que Dios nos
dé licencia para que así siga siendo. Los quiero, Gracias.
A Miguel, gracias por ser un hermano más y mostrarme que las cosas
cuando se quieren llegan, que hay que tener paciencia y trabajar mucho,
pero llegan.
A Jhoana Beatriz y Génesis Oriana, son el regalo más bello que Dios nos
ha dado, nunca cambien ése rostro angelical y esa sonrisa pícara que nos
ilumina día a día.
A TODA MI FAMILIA, son muchos pero a todos se les quiere y agradece los
buenos deseos que siempre han tenido, especialmente a Tía Betty y Tía
Adelina, ustedes, junto a Tío Adelmo y Tío Danilo, han sido pilares
fundamentales en mi desarrollo, como ser humano y profesional. Gracias.
A María Eugenia y Adán, por ser ejemplo de superación y por confiar en mí
como siempre lo han hecho, ustedes me ayudaron dándome la fuerza para
no desistir en ningún momento. Gracias.
A Mafer, gracias por ser la amiga incondicional que siempre has sido,
secándome las lágrimas en más de una ocasión y celebrando las alegrías de
cada trabajo entregado, de cada materia culminada, hoy pido a Dios que me
dé licencia para verte pronto culminando tu carrera.
A Michel, amigo que con su entereza y dedicación me ha enseñado que lo
más importante no es hacer el trabajo, sino disfrutarlo. Gracias por toda la
colaboración otorgada y por las que vienen.
vii
A TODOS MIS AMIGOS, gracias por ayudarme cada día, cada mes, durante
éstos años, especialmente a Karim, Corina, Desireé, Yohanna, Daniella,
Keyla, Auxy, Indira, Marilyn, Miriam, Oriana, Rina, Rosiry, Nela, Mariana,
Amaya, Jesús, Saúl, Sergio, Pablo, Luis, Jhony A., Jhonatan, Edison, Eloy,
Ciro, Jucht, Hender y Alexander, son muchos y a todos se les quiere, hoy
culmino yo, otros ya lo han hecho, y de corazón espero que cuando todos lo
hagan aún estemos juntos.
A MIS AMIGOS DE GURI, Ana M., María C., Martha E., Erika, Yndhira,
Ivana, Martha G., Karem, Yolimar, Vivian, Evelyn, Shaimar, Idalmis, Jenny,
Rubén, Darwin, Victor, Jairo, Danny, Jerson, Nadir, Joan, Yober, Rodolfo;
cada uno en su momento fue de gran apoyo, siempre se les tendrá presente.
A mi tutor, Prof. Carlos Muñoz, gracias por ser un amigo más que un tutor,
estando siempre presente con sus enseñanzas y consejos.
A mi tutor industrial, Ing. Eduardo Montilla, gracias por compartir tantos
conocimientos conmigo.
A TODO EL PERSONAL DEL DEPARTAMENTO DE OPERACIONES,
siempre quise trabajar en una ambiente agradable y lleno de conocimientos,
gracias por brindarme ésa experiencia.
A C.V.G. EDELCA, ente que me abrió sus puertas haciéndome sentir un
miembro más de su familia.
A la UNIVERSIDAD DE LOS ANDES en la cual aprendí tanto preparándome
como profesional, gracias por ser fuente de conocimientos.
A Todos Gracias…
viii
ÍNDICE GENERAL DEDICATORIA............................................................................................iv AGRADECIMIENTO.................................................................................... v ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................xi ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................xii RESUMEN ................................................................................................ xiii
INTRODUCCIÓN............................................................................................ 1 GLOSARIO ..................................................................................................... 4 CAPÍTULO I. C.V.G. EDELCA 1.1 INTRODUCCIÓN..................................................................................... 9 1.2 GENERALIDADES .................................................................................. 9 1.2.1 Nombre............................................................................................. 9 1.2.2 Reseña Histórica .............................................................................. 9 1.2.3 Ubicación Geográfica ..................................................................... 12 1.2.4 Misión, Visión y Valores ................................................................. 13 1.2.5 Estructura Organizativa .................................................................. 14
CAPÍTULO II. GENERACIÓN ELÉCTRICA 2.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 16 2.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA .......................................... 16 2.3 TURBINA HIDRÁULICA ....................................................................... 18 2.3.1 Definición........................................................................................ 18 2.3.2 Tipos............................................................................................... 19 2.3.3 Funcionamiento.............................................................................. 20 2.3.4 Componentes ................................................................................. 20 2.3.5 Descripción de Componentes ........................................................ 21 2.3.5.1 Tubería Forzada ...................................................................... 21 2.3.5.2 Rodete ..................................................................................... 21 2.3.5.3 Anillo Distribuidor ..................................................................... 22 2.3.5.4 Tubo Aspirador ........................................................................ 22 2.3.5.5 Eje de la Turbina...................................................................... 23
2.3.6 Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri ........ 23 2.3.6.1 Ubicación ................................................................................. 23 2.3.6.2 Características......................................................................... 24
2.4 GOBERNADOR .................................................................................... 25 2.4.1 Definición........................................................................................ 25 2.4.2 Funcionamiento.............................................................................. 25 2.4.3 Componentes ................................................................................. 26
ix
2.4.4 Descripción de Componentes ........................................................ 26 2.4.4.1 Sistema Presurizado de Aceite................................................ 26 2.4.4.2 Sistema de Gobernación ......................................................... 26 2.4.4.3 Sistema de Pre-Gobernación................................................... 27 2.4.4.4 Sistema Regulador .................................................................. 27 2.4.4.5 Sistema de Frenos................................................................... 28
2.4.5 Gobernadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri ................... 28 2.4.5.1 Ubicación ................................................................................. 28 2.4.5.2 Características......................................................................... 29 2.4.5.3 Fuentes de Alimentación ......................................................... 29
2.5 GENERADOR ELÉCTRICO ................................................................. 30 2.5.1 Definición........................................................................................ 30 2.5.2 Tipos............................................................................................... 30 2.5.3 Funcionamiento.............................................................................. 31 2.5.4 Componentes ................................................................................. 31 2.5.5 Descripción de Componentes ........................................................ 32 2.5.5.1 Rotor ........................................................................................ 32 2.5.5.2 Estator ..................................................................................... 35 2.5.5.3 Cojinetes del Generador .......................................................... 36 2.5.5.4 Generador de Imanes Permanentes (PMG) ............................ 39
2.5.6 Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................... 39 2.5.6.1 Ubicación ................................................................................. 39 2.5.6.2 Características......................................................................... 39 2.5.6.3 Fuente de Alimentación ........................................................... 41
2.6 CONEXIÓN EN PARALELO DE GENERADORES ELÉCTRICOS ...... 42 2.6.1 Igual Secuencia de Fases .............................................................. 42 2.6.2 Igual Frecuencia............................................................................. 42 2.6.3 Igual Tensión.................................................................................. 43 2.6.4 Instante de Sincronismo................................................................. 43 2.6.5 Conexión en Paralelo de los Generadores de Planta Guri ............. 43
CAPÍTULO III. ANTECEDENTES DE LA UNIDAD N° 15 DE CMG-II 3.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 47 3.2 HISTORIAL ........................................................................................... 47 3.2.1 Año 1991 ........................................................................................ 47 3.2.2 Año 1992 ........................................................................................ 48 3.2.3 Año 1993 ........................................................................................ 48 3.2.4 Año 1994 ........................................................................................ 49 3.2.5 Año 1995 ........................................................................................ 49 3.2.6 Año 1996 ........................................................................................ 49 3.2.7 Año 1997 ........................................................................................ 50 3.2.8 Año 1998 ........................................................................................ 51 3.2.9 Año 1999 ........................................................................................ 51 3.2.10 Año 2000 ...................................................................................... 51
x
3.2.11 Año 2001 ...................................................................................... 51 3.2.12 Año 2002 ...................................................................................... 51 3.2.13 Año 2003 ...................................................................................... 52 3.2.14 Año 2004 ...................................................................................... 52
CAPÍTULO IV. PROTOCOLO DE PRUEBAS DE INVESTIGACIÓN 4.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 53 4.2 VARIABLES DE ESTUDIO.................................................................... 53 4.2.1 Vibración ........................................................................................ 53 4.2.2 Aislamiento .................................................................................... 54 4.2.3 Corriente y Tensión ....................................................................... 57 4.2.4 Potencia Activa y Potencia Reactiva ............................................. 58
4.3 PROTOCOLO DE PRUEBAS................................................................ 59 4.3.1 Justificación.................................................................................... 59 4.3.2 Descripción..................................................................................... 60 4.3.3 Aplicación ....................................................................................... 61
CAPÍTULO V. REGISTRO Y ANÁLISIS DE DATA 5.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 64 5.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS.................................................................. 64 5.2.1 Vibración ........................................................................................ 64 5.2.2 Aislamiento..................................................................................... 67 5.2.3 Corriente......................................................................................... 71 5.2.4 Tensión........................................................................................... 71 5.2.5 Potencia Activa y Potencia Reactiva .............................................. 74
CONCLUSIONES ......................................................................................... 76 RECOMENDACIONES................................................................................. 78 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................. 81 ANEXO 2.a Diagrama Unifilar de Sistema de Sincronización Generadores PDG 800 Kv ANEXO 4.a Norma ISO 7919-5:1997 ANEXO 4.b Protocolo de Pruebas de Investigación UN-15, CMG-II
xi
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Ubicación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 23 Tabla 2.2 Año de Fabricación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 24 Tabla 2.3 Régimen de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 24 Tabla 2.4 Características de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 25 Tabla 2.5 Fabricantes de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 40 Tabla 2.6 Características de los Generadores Impares de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 40 Tabla 2.7 Características de los Generadores Pares de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 41 Tabla 2.8 Dimensión y Peso de los Componentes Principales de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri.................... 41 Tabla 4.1 Patrones de Descargas Parciales obtenidos en pruebas de Laboratorio …………………………………………………………56 Tabla 5.1 Análisis PRPD Unidad N° 15, CMG-II ........................................... 69 Tabla 5.2 Análisis de Espectro de Frecuencia de Pruebas de Descargas Parciales de la Unidad N° 15, CMG-II........................................... 70 Tabla 5.3 Medición de Tensión de la Unidad N° 15, CMG-II ....................... 72 Tabla 5.4 Medición de Potencia de la Unidad N° 15, CMG-II ...................... 74
xii
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Ubicación de Edelca Planta Guri ................................................. 13 Figura 1.2 Estructura Organizativa de C.V.G. Edelca................................... 15 Figura 2.1 Corte Transversal de una Central Hidroeléctrica ......................... 18 Figura 2.2 Turbina Tipo: (a) Pelton (b) Kaplan (c) Francis............................ 19 Figura 2.3 Rodete ......................................................................................... 22 Figura 2.4 Corte Transversal del Rotor......................................................... 33 Figura 2.5 Cojinete Guía Combinado del Generador.................................... 37 Figura 4.1 Daños Apreciables del Estator Unidad N° 15 de CMG-II ............. 55 Figura 4.2 Instalación de Sensores de Vibración, Pruebas Unidad N° 15, CMG-II.................................................... 61 Figura 4.3 Instalación de Equipos en la Cikura del UCS, Pruebas Unidad N° 15, CMG-II................................................... 62 Figura 5.1 Vibraciones en Carcasa y Núcleo del Generador N° 17, CMG-II ......................................................................................... 65 Figura 5.2 Vibraciones en Carcasa y Núcleo del Generador N° 15, CMG-II ....................................................................................... 656 Figura 5.3 Descargas Parciales de Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004 ................................................... 68 Figura 5.4 Espectros de Frecuencia de las Descargas Parciales de la Unidad N° 15, Marzo 2001 Y Noviembre 2004 ................... 70 Figura 5.5 Forma de Onda de las Fases A, B y C de la Unidad N° 15, Noviembre 2004.......................................... 73 Figura 5.6 Variación de Potencia de la Unidad N° 15, Noviembre 2004...... 75
xiii
RESUMEN
INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II GURI
Br. Rubén A. Jiménez R. Tutor Académico: Prof. Carlos Muñoz Tutor Industrial: Ing. Eduardo Montilla
La realización de éste trabajo permitió la focalización del origen de la anomalía existente en el generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, C.V.G. EDELCA, el cual presentaba un ruido anormal al momento de su sincronización al sistema de potencia. El comienzo de la investigación se basó en la búsqueda de información teórica relacionada al tema, así como de entrevistas con el personal del Departamento de Operaciones Guri por medio del cual se indagó en la problemática existente, así como en la importancia de la solución del mismo. Posteriormente fue elaborado un historial de las anomalías sufridas por la unidad bajo estudio, así como de los trabajos realizados a la misma, obteniendo de ésta forma una visión más clara de la situación actual de la máquina. Por decisión en conjunto del Departamento de Operaciones Guri y el Centro de Investigaciones Aplicadas de EDELCA se decide la realización de una serie de pruebas de investigación, para lo cual fue necesaria la elaboración de un protocolo, o procedimiento, de pruebas a consignar ante la Sección de Planificación y Coordinación del Departamento de Operaciones Guri. Luego son realizadas las diferentes pruebas sobre la unidad, obteniéndose registros de vibración, aislamiento, corriente, tensión, potencia activa y potencia reactiva; las mismas son analizadas con la colaboración del personal del Centro de Investigaciones Aplicadas, llegando a la conclusión de que el principal problema es la pérdida de aislamiento en el núcleo del estator, factor que puede ser la causa de la anomalía en estudio. Por último se generan una serie se recomendaciones a ser aplicadas por los diferentes departamentos de Planta Guri con la finalidad de solventar la situación actual de la unidad generadora, algunas de éstas recomendaciones han sido consideradas en el proceso de reparación que se lleva a cabo en la actualidad sobre la Unidad N° 15. Descriptores: Cota: 1. Ruido – Control * TD892 J55
1
INTRODUCCIÓN
Durante más de cuatro décadas la C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., ha
aprovechado el potencial hidroeléctrico del Río Caroní produciendo energía
eléctrica, para luego transportarla y comercializarla, satisfaciendo así la
demanda del sector eléctrico nacional.
Para cumplir con éstos objetivos, C.V.G. EDELCA requiere del mejor
desempeño de sus plantas hidroeléctricas, a través de unidades
generadoras, equipos y sistemas en el mejor estado posible, es así como los
diferentes departamentos encargados de los mantenimientos y operación de
éstos constantemente realizan inspecciones, determinando aquellas
anomalías que necesiten ser corregidas.
Los trabajos de correcciones pueden realizarse en diferentes condiciones,
algunos pueden solventarse con mantenimientos programados, mientras que
otros ameritan intervención inmediata, ya que la falla presente puede
acarrear consecuencias graves para la seguridad del sistema, e inclusive del
personal.
Bajo ésta perspectiva surge la necesidad de investigar el ruido anormal que
presenta el generador de la unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II, en
Planta Guri al momento de su sincronización al sistema de potencia, ya que
por la presencia de ésta anomalía la unidad se mantiene sincronizada al
sistema de manera permanente, limitando su parada a ocasiones de estricta
necesidad, afectando por lo tanto la confiabilidad del sistema, así como, los
planes de mantenimiento necesarios de todas las unidades.
El siguiente trabajo fue realizado en el Departamento de Operaciones Guri,
con la colaboración del Centro de Investigaciones Aplicadas (CIAP),
2
Departamento de Ingeniería de Mantenimiento y el Departamento de
Mantenimiento Eléctrico de ésta planta, con el claro objetivo de focalizar el
origen de la anomalía, para ello fueron realizadas una serie de pruebas e
inspecciones visuales al núcleo del generador, para de ésta manera analizar
las posibles soluciones e implementarlas, normalizando entonces la anomalía
de la unidad generadora.
Es importante aclarar que para el momento de elaboración de éste trabajo la
unidad se encuentra en proceso de reparación, por lo tanto, no es posible
determinar si la anomalía fue eliminada, pudiendo así dar por concluida la
investigación, o por el contrario ésta persiste, en cuyo caso el trabajo de
determinación de las causas del problema deberá continuar.
Para una mejor comprensión, la información que a continuación se presenta
fue estructurada en cinco capítulos de la siguiente manera:
Capítulo I. C.V.G. EDELCA: en éste capítulo se presenta al lector
información general de la empresa, haciendo especial énfasis en la Central
Hidroeléctrica “Raúl Leoni”, por ser ésta la planta en la cual se encuentra la
unidad generadora bajo estudio.
Capítulo II. Generación Eléctrica: presenta la información teórica necesaria
para el entendimiento del proceso de generación hidroeléctrica, así como las
partes más importantes del mismo, tales como lo son las turbinas, el
gobernador de velocidad, el generador y el sincronizador; además se
especifican las características más resaltantes de éstos componentes de las
unidades generadoras de Planta Guri, teniéndose de ésta manera una clara
idea de la situación de la planta hidroeléctrica.
3
Capítulo III. Antecedentes: tal como su nombre lo indica, en éste capítulo
son enumerados los trabajos o anomalías más resaltantes sufridas por la
unidad N° 15 desde su puesta en servicio comercial hasta la actualidad.
Capítulo IV. Protocolo de Pruebas de Investigación: por requerimientos
internos de C.V.G. EDELCA, es necesario la presentación de un
procedimiento escrito ante el Departamento de Operaciones Guri en caso de
realización de pruebas sobre el sistema, éstos requerimientos son explicados
en éste capítulo así como las variables en estudio que contempla el mismo.
Capítulo V. Registro y Análisis de Data: son mostrados y analizados los
resultados obtenidos luego de las pruebas realizadas en noviembre de 2004
a la unidad bajo estudio.
Por último se presentan las conclusiones y las recomendaciones de
reparación, es importante resaltar que algunas de éstas recomendaciones ya
están siendo aplicadas en la intervención de la unidad por parte del
Departamento de Mantenimiento Eléctrico Guri.
4
GGlloossaarriioo
• Aislante
Material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado
para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito. Los más
frecuentemente utilizados son los plásticos y las cerámicas.
• Barra
Las barras están construidas por conductores de cobre y/o aluminio en
forma de varillas. Las secciones de las barras deben tener los valores
necesarios para el paso de corriente, de modo que la misma no exceda
los valores reglamentarios.
• Bobina
Es una cantidad de espiras colocadas tan íntimamente juntas, que todas
están enlazadas o cortadas por el mismo flujo.
• CMG-II
Casa de Máquinas II de Planta Guri.
• Conversión Electromagnética
Relaciona las fuerzas eléctricas y magnéticas del átomo, con las fuerzas
mecánicas aplicadas a la materia, y con el movimiento como resultado de
5
ésta relación, la energía mecánica puede convertirse en energía eléctrica
y viceversa.
• Cortocircuito
Son todos los defectos provocados por un contacto, bien entre
conductores o cualquier pieza metálica unida a ella.
• Desconexión Forzada
Es la apertura de los disyuntores que conectan a un elemento de
transmisión del sistema de potencia para sacarlo de servicio, ya sea por
actuación errática del equipo de protección, defectos en el equipo
asociado, o alguna actuación de emergencia.
• Desconexión Programada
Es aquella cuyo origen no deriva de una falla, sino por razones de
mantenimiento preventivo o correctivo.
• Dispositivo de Alarma
Son empleados en un sistema cualquiera para vigilar el buen
funcionamiento de los equipos, cuando se presenta una condición anormal
origina el aviso óptico y acústico.
• Enclavamiento
Son todos aquellos dispositivos eléctricos y mecánicos cuya función
principal es no permitir la operación de un equipo, cuando sus condiciones
normales y adecuadas, no están dadas para la operación a realizarse,
ésto con la finalidad de evitar posibles daños materiales o personales, y en
consecuencia corregir los errores humanos.
6
• Espira
Son los conductores separados por un paso polar.
• Factor de Potencia
Ángulo de desfasamiento de la corriente con respecto a la tensión, o
también la relación que existe entre la potencia activa y la potencia
aparente.
• Falla
Es la condición que impide la operación de uno o más componentes del
sistema de potencia y debe ser despajada inmediatamente.
• Flujo
Es el número de líneas de inducción que existen en el circuito magnético y
corresponden a la intensidad de la corriente.
• Fuerza Electromotriz
Es la tendencia, o fuerza, en voltios, que hace mover a los electrones, o
los pone en condiciones para ello.
• Generación de Energía Eléctrica
Proceso mediante el cual se obtiene energía eléctrica a partir de otra
forma de energía.
• Líneas de Generadores
Está comprendida por un grupo de tres conductores que permiten la
transmisión de la energía producida por las unidades generadoras
(elevada por los transformadores de potencia) en Casa de Máquinas, y
transmitida hacia el Patio de Distribución.
7
• Micro-Ondas
Son equipos que transmiten señales de comunicación por antena entre los
diferentes puntos de operación (Casa de Máquinas, Patio de Distribución,
despacho de carga, subestaciones, entre otras).
• Paso Polar
Es el arco entre dos lados de una misma bobina. Corresponde a 180°
eléctricos.
• Polo Norte
Es la región por donde emerge la influencia magnética.
• Polo Sur
Es la región por donde entra la influencia magnética.
• Protección
Como su nombre lo indica, son dispositivos empleados para proteger, y
sacar de servicio, equipos o instalaciones en servicio contra fallas, que
pongan en peligro de daño o destrucción, a dichos equipos.
• Ranura
Son horadaciones (perforaciones) donde van colocadas las bobinas.
• Resistencia
Son dispositivos eléctricos que se intercalan en un circuito para dificultar el
paso de la corriente eléctrica, o para que ésta se transforme en calor. Se
puede definir como la oposición ofrecida por los distintos componentes de
un conductor al paso de la corriente.
8
• Seccionador
Son dispositivos eléctricos de muy baja velocidad en su operación, cuya
función principal es la de conectar o desconectar secciones de línea, barra
y equipos, al resto del sistema.
• Sobrecarga
Carga superior a la nominal de una instalación o equipo.
• Tensión de Generación
Tensión a la cual se genera la energía eléctrica.
• Transformador de Corriente
Generalmente se utiliza con la finalidad de obtener niveles muy bajos de
corriente, pero proporcionales a la corriente principal o primaria, cuya
señal es utilizada para equipos de protección, medición y control. Su
conexión es en serie con la línea.
• Transformador de Tensión
Se utiliza para obtener valores de tensión bajos a ser utilizados en
protecciones, mediciones y controles. Su conexión es en paralelo con una
línea y la tensión es proporcional a la primaria.
• Valor Nominal
Es la magnitud eléctrica señalada para el funcionamiento normal de un
equipo. Por lo general todo equipo eléctrico y mecánico posee una placa
en su carcasa indicando éstos valores, lo que significa puede operar en
éstos rangos sin sufrir calentamiento o deterioro alguno.
9
CCaappííttuulloo II CC..VV..GG.. EEDDEELLCCAA
1.1 INTRODUCCIÓN
En el presente capítulo el lector podrá ahondar en ciertas generalidades de la
C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., pudiendo conocer de ésta manera la
tenaz e inquebrantable tarea de ésta empresa en llevar electricidad a todo el
territorio nacional, así como la de afianzar las relaciones bilaterales con
países vecinos a través del intercambio de energía eléctrica.
1.2 GENERALIDADES
1.2.1 Nombre
Corporación Venezolana de Guayana Electrificación del Caroní C.A.,
C.V.G. EDELCA.
1.2.2 Reseña Histórica [10]
C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., EDELCA, es una empresa de energía
eléctrica a nivel nacional e internacional, integrada por capital mixto, donde el
estado venezolano participa en un 51% de las acciones y el 49% restante es
capital privado. Fue constituida el 23 de julio de 1963, con el mandato claro
10
de aprovechar el vasto potencial hidroeléctrico del Río Caroní, para el
desarrollo de Guayana y la nación venezolana.
Con éste hecho histórico se dió continuidad y permanencia a los esfuerzos
que habían venido siendo realizados por la Corporación Venezolana de
Fomento (1949-1953) y la Comisión de Estudios para la Electrificación del
Río Caroní (1953-1963), los cuales terminaron con la puesta en servicio de la
primera central hidroeléctrica en el mismo, Macagua I, con 360 MW de
potencia instalada.
La idea de crear la Central Hidroeléctrica “Raúl Leoni”, Guri, nació de la
negociación entre la firma consultora Norteamericana Burns & Roe Inc. y la
Corporación Venezolana de Fomento, donde se contemplaba el desarrollo
hidroeléctrico del Río Caroní, pues las condiciones que poseían los saltos
inferiores de éste río no se podían despreciar. El desarrollo de Guri responde
no sólo al acelerado crecimiento de la demanda energética del país, sino
también para afirmar la capacidad instalada en Macagua, cuya generación
era dependiente de las temporadas de verano e invierno.
En 1958 la Corporación Venezolana de Fomento dió autorización a la
Comisión para la Electrificación del Caroní para que iniciara las tareas
preliminares del proyecto Guri, a cuyos fines un grupo de ingenieros se
instaló en el Cañón Nekuima, lugar escogido como base de las operaciones
de la futura obra. En 1963 se realiza la primera voladura en dicho cañón, con
lo que arranca la construcción de la primera etapa de Guri, entrando la
primera unidad en servicio cinco años más tarde y la última en 1978,
momento en el cual se inicia la construcción de la etapa final de la presa
“Raúl Leoni”; ésta etapa culmina en 1986 para tener así una capacidad total
instalada de 10.000 MW, ubicándose como la segunda hidroeléctrica con
11
mayor potencia instalada en el mundo y la octava en volumen de agua
represada.
En 1988 inicia la construcción de Macagua II.
En 1991 entra en operaciones de la segunda etapa del sistema de
transmisión de 800 KW.
En 1993 inició la construcción de Caruachi entrando la primera unidad en
servicio comercial en el año 2003, al final de su construcción la misma
contará con 2.160 MW de potencia instalada.
En 1995 entra en servicio la primera unidad de la Casa de Máquinas III en
Macagua y en 1996 la primera de la Casa de Máquinas II. En 1997 es
inaugurada Macagua II y Macagua III.
Tocoma es otro proyecto a ser desarrollado en el bajo Caroní y de acuerdo a
la programación de la empresa ésta central contará con 2.160 MW de
potencia instalada.
A más de 40 años de su constitución, EDELCA ha sido factor decisivo en el
desarrollo del país, aportando en 1963 el 22% de la energía eléctrica a nivel
nacional, con cobertura limitada a Guayana, llega a suplir en 1993 el 71% de
la energía de una Venezuela altamente electrificada. EDELCA en
consecuencia, se ha convertido en éstos años en el productor más
importante de energía del país, después de PDVSA, con una producción
hidroeléctrica equivalente a 95 millones de barriles de petróleo al año.
12
1.2.3 Ubicación Geográfica
La central hidroeléctrica “Raúl Leoni”, Guri, se encuentra ubicada en el
campamento Guri, Distrito Guri, Estado Bolívar, aproximadamente a 90 Km
de Puerto Ordaz, y a 110 Km de la capital del estado, Ciudad Bolívar; está
limitada por:
• Norte: Cauce del Río Orinoco .
• Este: Zona Montañosa.
• Sur: Lago de Guri (artificial).
• Oeste: Campamento y vías de acceso.
Por razones de seguridad existen tres (3) vías de acceso a Planta Guri:
• Por tierra, a través de las diferentes carreteras de entrada.
• Aérea, por medio del helipuerto localizado en las inmediaciones de la
planta.
• Marítima, a través del Río Caroní.
Éstas medidas de contingencia aseguran la operatividad de la planta.
En la figura 1.1 se presenta el mapa de Venezuela en el cual se puede
observar que se encuentra resaltado el Estado Bolívar, presentando éste con
mayor detalle y en el cual a través de un acercamiento se aprecia el embalse
de Planta Guri.
13
Figura 1.1 Ubicación de EDELCA Planta Guri
1.2.4 Misión, Visión y Valores
Misión
“Producir, transportar y comercializar energía eléctrica a precios
competitivos, en forma confiable y en condiciones de sustentabilidad,
eficiencia y rentabilidad”. [Intranet EDELCA, 2004]
Visión
“Empresa de servicio elétrico de clase mundial, lider en desarrollo
sustentable, pilar del progreso del país”. [Intranet EDELCA, 2004]
14
Valores [Intranet EDELCA, 2004]
• Humanismo.
• Honestidad.
• Respeto.
• Excelencia.
• Competitividad.
• Compromiso.
• Participación.
1.2.5 Estructura Organizativa [1]
La nueva estructura organizativa de EDELCA permitirá la transición hacia la
separación jurídica de sus actividades, de esta forma se agrupará en áreas
de negocio, a fin de cumplir con la separación contable de las actividades de
generación, transmisión y distribución.
La figura 1.2 muestra la estructura organizativa mencionada, desglosando
únicamente aquella División, y respectiva Dirección, a que se encuentra
adscrita Planta Guri.
15
Figura 1.2 Estructura Organizativa de C.V.G. EDELCA
PRESIDENCIA
Gerencia de Contraloría Interna
Gerencia de Asuntos Públicos
Gerencia de Gestión Ambiental
Dirección de Servicios
Gerencia de Consultoría Jurídica
Gerencia de Recursos Humanos
Dirección de Finanzas
Dirección de Planificación
Dirección Expansión de Generación
Dirección de
Producción
Dirección de Transmisión Regional
Dirección de
Distribución
Dirección Ejecutiva de Transmisión
Div. de Ingeniería de Mejoras de Generación
Dpto. Investigaciones y Pruebas de Generación
División Planta Caruachi
Dpto. Proyectos de Mejoras de Generación
División Planta Macagua
División Planta Guri
Div. Protecciones, Supervisión y Control
de Generación
Dpto. Servicios Generales
Dpto. Operaciones
Dpto. Mantto. Eléctrico
Dpto. Mantto.
Mecánico
Dpto. Mantto. De Control e Instrument.
Dpto. Ingeniería de Mantto.
16
CCaappííttuulloo IIII GGeenneerraacciióónn EEllééccttrriiccaa
2.1 INTRODUCCIÓN
El siguiente capítulo presenta los conceptos básicos y necesarios para el
pleno entendimiento de la investigación, tales como el proceso de generación
y los elementos involucrados en el mismo, así como las diferentes variables
de estudio que permitieron el análisis del problema presentado por la
unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri.
2.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA [12]
El proceso mediante el cuál se aprovecha la energía hidráulica que provee el
Río Caroní para su conversión en energía eléctrica implica una sucesión de
pasos como se describen a continuación.
Se posee energía potencial en el embalse o presa, las plantas o centrales
hidroeléctricas aprovechan ésta energía para convertirla en energía
mecánica moviendo las turbinas y generadores para producir electricidad.
Para el suministro de agua se utiliza la compuerta de toma, ésta controla el
caudal que entrará a la tubería forzada; son del tipo oruga de desplazamiento
vertical y su operación es controlada mediante motores de inducción
17
trifásicos de 45 Hp. Existen dos compuertas por cada unidad, y de allí se
conduce el agua hasta la caja espiral.
La tubería forzada está ubicada a cierta altura sobre la caja espiral, a modo
de ejercer la presión necesaria sobre la misma, para distribuir la presión de
agua uniformemente sobre el rodete. Éste posee unos álabes colocados de
manera tal que reciba el flujo de agua y lo aproveche produciendo el
movimiento giratorio del eje acoplado, ésto es lo que se conoce con el
nombre de turbina hidráulica.
Controlando la velocidad de la turbina se controla a su vez la velocidad de
toda la unidad, siendo éste un aspecto fundamental en la producción de
energía ya que influye directamente en la frecuencia de la tensión generada.
El equipo que controla la velocidad es el gobernador y está constituido por
una sección reguladora que contiene equipos electrónicos y eléctricos, y por
una sección actuadora (servomotores) que regulan el paso de agua a través
de las turbinas.
El generador tiene como función básica, tomar la energía mecánica
rotacional que le es entregada a través del eje del generador, el cual
transmite los movimientos provenientes del eje de la turbina al rotor del
generador. Éste eje pasa a través de una estructura metálica fuerte,
denominada ménsula o soporte inferior, la cual es capaz de soportar el peso
de las partes rotantes del generador así como el empuje que ejerce el agua
sobre la turbina. La energía mecánica producida por la fuerza del agua hace
girar al rotor, y a medida que éste gira, el campo magnético producido induce
una tensión en las barras del estator, que es donde realmente se produce
electricidad, la cual se extrae de sus terminales y luego es enviada a los
transformadores de potencia.
18
En la figura 2.1 [13] se presenta el corte transversal de una central
hidroeléctrica en cuya leyenda se enumeran algunas de las partes que
constituyen la misma, de ésta forma se pueden identificar las partes
mencionadas en los pasos explicados.
Figura 2.1 Corte Transversal de una central hidroeléctrica
2.3 TURBINA HIDRÁULICA [7]
2.3.1 Definición
Equipo que convierte la energía hidráulica en energía mecánica, ésta
conversión de energía se efectúa una vez que el flujo de agua choca contra
los alabes de un rodete.
LEYENDA: 1. Embalse 2. Presa 3. Rejas antibasura 4. Tubería forzada 5. Conjunto de grupos Turbina-Alternador 6. Turbina 7. Eje 8. Generador 9. Líneas de transporte de energía eléctrica 10. Transformadores de potencia
19
2.3.2 Tipos
Las turbinas hidráulicas se construyen de acuerdo a la caída neta del
embalse en el cual se utilizarán. En la figura 2.2 se observan los tipos de
turbinas hidráulicas y seguida de ésta una breve explicación de las mismas.
Figura 2.2 Turbina Tipo: (a) Pelton (b) Kaplan (c) Francis
a) Pelton, el fluido motriz opera en forma tangencial, utilizando de ésta
forma la energía cinética del agua. Por tal razón se denominan turbinas
de impulso. Se utilizan en presas de grandes caídas (200 a 2000 mts).
b) Kaplan, el fluido motriz la atraviesa en la dirección del eje de la
máquina (dirección axial), se clasifica como una turbina de reacción. No
obstante por ser el grado de reacción menor que la unidad, también
aprovechan en parte la energía dinámica del agua. Se utilizan cuando la
caída es baja (5 a 15 mts).
c) Francis, el paso del agua por el rotor se efectúa en forma radial,
aprovechando de ésta forma la energía estática del agua. Por tal razón
también se denominan turbinas de reacción. Se construyen para caídas
medias y bajas (30,5 a 45,7 mts) con una potencia notable; éste tipo es
el que se encuentra instalado en Planta Guri.
(a) (b) (c)
20
2.3.3 Funcionamiento
Al abrir las paletas la energía hidráulica que se encuentra almacenada en la
represa desciende por la tubería forzada hacia la caja espiral, que se
encarga de distribuir uniformemente la presión de agua en el rodete, a través
de las paletas fijas y directrices, una vez que el agua choca con los alabes
del rodete, es centralizada por el anillo desde la misma y desciende hacia el
tubo aspirador para su descarga hacia aguas abajo.
La turbina inicia el movimiento aumentando su velocidad a medida que se
van abriendo las paletas, las cuales están controladas por el gobernador a
través de una señal eléctrica recibida del generador de imanes permanentes.
2.3.4 Componentes
Las turbinas hidráulicas tienen tres componentes fundamentales:
• Rodete.
• Anillo distribuidor / paletas fijas.
• Tubo aspirador.
Completan la turbina otros elementos auxiliares que contribuyen a que el
aporte de energía del agua pueda realizarse con la mayor eficiencia posible.
Los componentes que conforman el conjunto total de una turbina son los
siguientes:
• Tubería forzada.
• Caja espiral.
• Paletas móviles.
• Anillo de operación de las paletas.
21
• Mecanismo de operación de las paletas.
• Cubierta superior de la turbina.
• Caja del sello del eje.
• Bafle plate.
• Eje de la turbina.
• Cojinete guía de la turbina.
• Detector de vibración.
• Detector de temperatura.
• Interruptor diferencial de presión.
• Detector de nivel de aceite.
2.3.5 Descripción de Componentes
2.3.5.1 Tubería Forzada
Es una tubería empotrada en cada monolito de la presa correspondiente a
cada unidad, se encarga de conducir el agua desde el lago, a través de las
tomas de agua, hacia la caja espiral de cada unidad.
2.3.5.2 Rodete
Es la pieza fundamental de la turbina, formado por alabes instalados en un
plato perpendicular al eje de la máquina recibe el choque del agua
haciéndolo girar en dirección radial, obteniendo así la energía mecánica
deseada. La figura 2.3 muestra un rodete instalado en Casa de Máquinas II
Planta Guri.
22
Figura 2.3 Rodete
2.3.5.3 Anillo Distribuidor
Es la parte de la turbina que guía el agua que se localiza en la caja espiral
para dirigirla hacia las paletas directrices. Éste anillo es fijo, se encuentra
soldado a la caja espiral y su función es la de servir de soporte al anillo de
desgaste y el cual guía a las paletas móviles para que éstas puedan realizar
su recorrido de 90°.
2.3.5.4 Tubo Aspirador
Es un conducto acodado por el cual se guía el agua que utiliza la turbina
hacia el canal de descarga una vez realizada la transferencia de energía. El
tubo aspirador es del tipo acodado, en éste tipo de tubo la porción vertical es
cónica, la cual gradualmente se achata en la sección del codo y
posteriormente descarga horizontalmente a través de dos secciones
rectangulares hacia el canal de descarga. El tubo aspirador tiene doble
propósito; dar salida del gasto de agua al canal de descarga y al mismo
tiempo procurar una ganancia en carga estática hasta el valor de la presión
23
atmosférica, debido a su forma divergente, recuperando así la mayor parte
de la energía cinética entregada por el rodete.
2.3.5.5 Eje de la Turbina
Es el que transmite el movimiento mecánico producido en la turbina al
generador. El sistema total del eje consta de dos secciones independientes,
el eje de la turbina y el eje del generador que están empernados a través de
bridas de acero.
2.3.6 Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri [4]
2.3.6.1 Ubicación
Las turbinas de las unidades generadoras de la Casa de Máquinas II planta
Guri se encuentran entre las elevaciones 113,59 mts y 117 mts, ubicándose
en el área de los monolitos como se presenta en la tabla 2.1.
Tabla 2.1 Ubicación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri
Turbina N° Monolito 11 28 22 27 13 26 14 25 15 24 16 23 17 22 18 1 19 2 20 3
24
2.3.6.2 Características
Las turbinas hidráulicas instaladas en las 10 unidades generadoras de la
Casa de Máquinas II planta Guri son tipo Francis, cuya velocidad nominal es
de 112,5 r.p.m. y fueron fabricadas por la empresa Hitachi LTD, exceptuando
las unidades N° 12, 16 y 19 que son marca Toshiba en colaboración con
Hitachi, los años de fabricación se presentan en la tabla 2.2.
Tabla 2.2 Año de Fabricación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri
Unidad N° Año de Fabricación 12 – 13 – 14 1978
15 1979 11 – 16 1980 17 – 18 1981 19 – 20 1982
De acuerdo a la caída neta del agua se obtendrán valores de régimen
diferentes para las turbinas, en la tabla 2.3 se presentan los valores de
potencia de acuerdo a éste parámetro.
Tabla 2.3 Régimen de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri
Caída Neta [mts]
Potencia [Kw]
Velocidad [r.p.m.]
111,00 476.000 112,5 130,00 610.000 112,5 146,00 730.000 112,5
La separación física de las turbinas es de 28 mts. El eje tiene un diámetro de
2,7 mts; 6,57 mts de altura y 116 Ton de peso.
25
La tabla 2.4 presenta las características de caída, potencial y descarga.
Tabla 2.4 Características de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri
Neta nominal 130 mts Caída
Máxima infrecuente 146 mts Nominal y garantizada 610 MW Máxima para operación continua a 146 mts
730 MW Potencia
Máxima para operación temporal a 146 mts
767 MW
Nominal 503 m3/seg Máxima para operación continua en 146 mts
540 m3/seg Descarga
Máxima para operación temporal en 146 mts
576 m3/seg
2.4 GOBERNADOR [6]
2.4.1 Definición
Equipo encargado de controlar la velocidad de la turbina hidráulica bajo
cualquier condición de carga.
2.4.2 Funcionamiento
El gobernador detecta la velocidad de la turbina y acciona las paletas móviles
de la misma con relación a la señal de velocidad detectada del generador de
imanes permanentes, para mantenerla girando a velocidad nominal.
Posee alta sensibilidad, rápida respuesta, y puede aplicarse a la operación
automática y control automático de frecuencia de una planta eléctrica.
26
2.4.3 Componentes
Los componentes del gobernador se dividen en cinco secciones:
1. Sistema Presurizado de Aceite
2. Sistema de Gobernación
3. Sistema de Pre-Gobernación
4. Cubículo Regulador
5. Sistema de Frenos
2.4.4 Descripción de Componentes
2.4.4.1 Sistema Presurizado de Aceite
Se encarga de proporcionar aceite a presión (50 Kg/cm2), para el
funcionamiento de los sistemas de gobernación y Pre-gobernación. A su vez
está compuesto por:
• Tanques de presión.
• Tanque sumidero.
• Sistema de bombas.
2.4.4.2 Sistema de Gobernación
Es el encargado del control y manejo de los equipos mecánicos que
determinarán la velocidad de la unidad; está compuesto por:
• Válvula de distribución.
• Válvula de emergencia.
• Válvula 790.
27
• Válvula 780-1.
• Servomotores de paletas directrices.
• Dispositivo de cierre lento.
• Dispositivo de enclavamiento.
• Transmisor de posición.
2.4.4.3 Sistema de Pre-Gobernación
Es el encargado de purificar y asegurar que los aceites usados por el sistema
de gobernación se encuentren en el estado requerido; está compuesto por:
• Válvulas solenoides de paro completo, enclavamiento del actuador, paro
parcial y del actuador.
• Válvula piloto.
• Dispositivos para paletas directrices: limitador y manual.
• Válvulas de control para limitador de paletas, paro parcial y de
enclavamiento del actuador.
• Enclavamiento del actuador.
• Servomotor auxiliar.
• Transmisor de límite.
• Detector de deslizamiento.
• Interruptores centrífugos de velocidad.
2.4.4.4 Sistema Regulador
Es el encargado de recibir y adecuar las señales eléctricas de velocidad y
procesarlas; está compuesto por:
• Unidad de la fuente de alimentación eléctrica.
28
• Circuito detector de velocidad.
• Dispositivo de ajuste de velocidad.
• Realimentación de potencia.
• Dispositivos de ajuste de potencia y de caída de velocidad.
• Circuito PID.
• Realimentación del servo.
• Amplificador de potencia.
• Control del regulador.
2.4.4.5 Sistema de Frenos
Disminuye el tiempo de parada de la unidad. Está compuesto por:
• Zapatas de frenado (20 en las unidades impares y 24 en las pares).
• Anillo de frenado.
• Tanque de almacenamiento de aire.
• Válvulas neumáticas.
• Electro-válvulas.
• Tuberías.
• Manómetros.
2.4.5 Gobernadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri [3]
2.4.5.1 Ubicación
• Servomotores: elevación 119,75 mts, en el pozo de la turbina.
• Tablero del gobernador: elevación 131,00 mts, aguas arriba, en la galería
para equipos mecánicos, piso 3.
29
• Cubículo del regulador: elevación 137,50 mts, aguas arriba, en la galería
para equipos de maniobra, piso 4, anexo al tablero UCS.
2.4.5.2 Características
• Marca: Hitachi LTD.
• Actuador: Tipo EG.
• Banda muerta: 0,02% (hasta el servomotor auxiliar).
• Tiempo muerto: 0,2 seg (hasta el servomotor auxiliar).
• Gama ajustable del cambiador de velocidad: 85 – 115% (a la apertura sin
carga).
• Gama ajustable del cambiador de apertura: 0 – 100% de carga.
• Caída de velocidad o regulación de velocidad: 0 – 10%.
• Gamas ajustables de los elementos del PID:
♦ Ganancia del elemento P (Kp)
0,5 – 12, en la condición de la línea OFF
1,0 – 20, en la condición de la línea ON
♦ Ganancia del elemento I (KI)
0,1 – 5, en la condición de la línea OFF
0,1 – 5, en la condición de la línea ON
♦ Ganancia del elemento D (KD)
0,1 – 10
2.4.5.3 Fuentes de Alimentación
• Eléctricas:
♦ 125 VCC provenientes del tablero UCS para alimentar el circuito de
control eléctrico.
30
♦ 120 VAC provenientes del tablero UCS para alimentar el circuito del
selsins del gobernador, regulador del gobernador.
• Hidráulica: proveniente del tanque de alta presión de aceite para el
sistema de gobernación y pre-gobernación.
2.5 GENERADOR ELÉCTRICO [6, 8, 11, 15]
2.5.1 Definición
Dispositivo que transforma la energía mecánica de rotación en energía
eléctrica.
2.5.2 Tipos
a) Asincrónicos, el rotor no gira a la misma velocidad del campo
magnético que produce la corriente del estator.
b) Sincrónicos, el rotor gira a la misma velocidad del campo magnético
que produce la corriente del estator. Éstos a su vez se subdividen en:
♦ Cilíndrico, generador de polos no salientes, es decir, de polos
magnéticos construidos al ras de la superficie del rotor. Se emplea
usualmente para dos y cuatro polos.
♦ Polos salientes, el término saliente significa “protuberante”, y un polo
saliente es un polo que sobresale de la superficie del rotor. Se
emplea para cuatro o más polos.
31
2.5.3 Funcionamiento
El movimiento mecánico de la turbina es transmitido al generador por medio
del eje haciendo girar el rotor.
Para inducir la tensión en el generador se recurre al proceso de excitación,
inyectando corriente directa en la bobina del rotor, de ésta manera se
produce un campo magnético que se mueve sobre los conductores del
estator, por lo cual aparece el voltaje inducido deseado sobre los terminales
del mismo; el resultado de éste proceso es que se tendrá un campo
magnético que gira con el rotor, en éste momento se dice que la unidad se
encuentra excitada en vacío, ya que aún no ha sido sincronizada al sistema
de potencia.
2.5.4 Componentes
Los generadores eléctricos están compuestos por dos partes fundamentales:
• Rotor.
• Estator.
Completan el generador otros elementos eléctricos, mecánicos y de
protección, éstos son:
• Bobinas.
• Polos.
• Barras de corriente continua.
• Anillos rozantes.
• Escobillas.
• Barras de fase aislada.
32
• Enfriadores de aire del generador.
• Ménsula superior del generador.
• Cojinete guía superior del generador.
• Enfriamiento cojinete superior del generador.
• Detectores de temperatura aceite y metal cojinete guía superior del
generador.
• Ménsula inferior del generador.
• Cojinete de empuje y guía del generador.
• Sistema de enfriamiento cojinete de empuje y guía del generador.
• Detector de temperatura aceite y metal cojinete guía y empuje del
generador.
2.5.5 Descripción de Componentes
2.5.5.1 Rotor
Es un gran electroimán, construido por una estructura de hierro de forma
circular, con polos salientes y laminaciones para reducir las pérdidas por
corrientes parásitas. Su periferia está formada por láminas superpuestas, se
le denomina inductor.
Posee una estructura interna llamada araña, la cual está conformada por un
cubo central y secciones externas soldadas conjuntamente para formar la
estructura básica del rotor, tal como se presenta en la figura 2.4.
La araña provee soporte a los 64 polos y transmite el torque a la sección de
fondo de la corona mediante chavetas, a su vez permite dirigir el flujo de aire
a los ductos del bastidor del estator.
33
Figura 2.4 Corte transversal del rotor
El rotor cuenta con amortiguadores de vibración, colocados en las cavidades
interpolares (entre polos), que tienen como finalidad contrarrestar los efectos
de vibración propios del rotor, éstos amortiguadores de vibración son de igual
número que los polos.
• Polos: son piezas en forma rectangular colocadas en la periferia del rotor y
conectadas en serie. Están formados por un núcleo de hierro laminado y
bobinas de cobre. Es donde se crea la fuerza electromotriz inductora
cuando se le inyecta tensión de corriente continua.
• Devanado de amortiguamiento: son barras de cobre puestas dentro de
unas ranuras talladas en la cara de los polos del rotor y luego
cortocircuitadas en cada extremo de los polos por una barra de cobre.
Cada polo está provisto de un amortiguador para el devanado, el cual
tiene como finalidad amortiguar las oscilaciones que se presenten en la
unidad durante sus condiciones de operación. Cuando ocurre una
variación en el sincronismo del campo magnético del rotor y el campo
magnético del estator por oscilaciones en el sistema, el rotor
Araña
34
momentáneamente se acelerará o frenará, y a éstos cambios se opondrá
el devanado amortiguador. Los devanados amortiguadores contribuyen a
la estabilidad total del sistema de potencia, reduciendo la magnitud de los
transitorios de par y potencia.
• Barras de corriente continua: son 2 barras, una positiva (+) y una negativa
(-), salen desde el cubículo de excitación y van hasta los anillos rozantes
del generador. Se encargan de llevar la tensión de excitación del
generador.
• Anillos rozantes: la unidad del colector o toma de corriente consiste en 2
anillos de acero aislados eléctricamente, uno positivo (+) y uno
negativo (-), ubicados dentro de la ménsula y por encima del cojinete guía
superior del generador, sobre un eje de soporte al colector montado en
forma integral junto con la araña del rotor. Se encargan de recoger la
tensión que proviene del cubículo de excitación para suministrar corriente
continua a los polos del rotor. En la parte frontal de los anillos se han
grabado rendijas en espiral con los siguientes propósitos:
a) Mantener limpia la cara de contacto de las escobillas fomentando así
el desarrollo de una corriente de distribución uniforme sobre la cara de
la escobilla.
b) Propiciar el enfriamiento de la superficie.
La excitación de campo es suministrada a los anillos a través de la unidad del
aparejo de escobillas del colector, la cual queda ajustada por las escobillas
colectoras de carbón en cajas sometidas a fuerza constante.
35
• Escobillas: son piezas que sirven para mantener el contacto entre los
conductores y el rotor para la entrada y salida de corriente. Son 45,
colocadas en cada anillo colector, positivo y negativo, en unidades
impares y 51 en unidades pares. Las escobillas tienen contacto con los
anillos colectores para dar paso a la tensión de excitación del generador.
2.5.5.2 Estator
También llamado devanado de armadura, es el inducido del generador; está
formado por láminas superpuestas, tiene forma de circunferencia, con un
diámetro de 16,6m; 552 ranuras para unidades impares y 624 ranuras en las
pares.
El estator absorbe el flujo magnético producido por el rotor. Consiste de un
bastidor, un núcleo y un devanado.
• Bastidor: manufacturado a partir de planchas de acero, requiere de
ménsulas individuales para anclaje a los cimientos. El aire de enfriamiento
proveniente del rotor es forzado a través de los ductos hacia los 12
enfriadores de aire superficiales alrededor de la periferia del bastidor y
luego es recirculado a través del rotor.
• Núcleo laminado: se apila en pestañas de cola de pato, las cuales van
soldadas al bastidor del estator. Los ductos radiales de enfriamiento en el
núcleo están distribuidos equitativamente desde el tope hacia el fondo del
núcleo apilado.
• Devanado del estator: está formado por barras aisladas en las ranuras del
núcleo del estator, unidas en los extremos para formar bobinas de una
sola vuelta y quedar cortadas a las correspondientes correas de fase
36
mediante conectores sólidos aislados de cobre (torones) arreglados en
forma de barras rectangulares. El devanado del estator está equipado con
12 detectores de temperatura (RTD) localizados entre la barra superior e
inferior del estator, en las ranuras del estator, los cuales supervisan las
temperaturas de la barra del estator. Además, está equipado con un
conjunto de termostatos que tienen como función activar la protección del
sistema contra incendio del generador (CO2) cuando ocurra un aumento
de la temperatura a 105°C. Son 12 termostatos para las unidades pares y
24 para las impares, colocados sobre el bastidor del estator, de los cuales
la mitad están colocados sobre el bastidor y la otra mitad en cada ranura
de enfriadores superficiales del generador. Los conductores de cobre
trenzado se llevan hasta suficiente proximidad protegiéndose con
aislamiento trenzado y acodándose en el espacio determinado, formando
de ésta manera un punto de cruce. Se conducen luego en espiral, todos
juntos para formar una barra rectangular, quedando moldeada con mayor
compacticidad, se colocan 2 barras por cada ranura. Éste método de
transposición de conductores minimiza las pérdidas de circulación en el
cobre.
El estator cuenta con nueve deshumificadores localizados alrededor de la
periferia del marco del estator, donde su función es prevenir que ocurra
condensación dentro del generador cuando la unidad está parada.
2.5.5.3 Cojinetes del Generador
El generador está compuesto por dos unidades de cojinetes individuales y
separados, un cojinete de guía superior del rotor y un cojinete de guía y
empuje, o combinado, del rotor.
Cada una de las unidades del cojinete es auto-contenida y está provista de
un reservorio de aceite y de intercambiadores de calor aceite-agua.
37
La energía potencial de la presa debido al nivel de altitud del agua llega en
forma de energía cinética al rodete de la turbina, produciéndose una potencia
mecánica de entrada, la cual transmite al generador a través del eje del
mismo, es de hacer notar que el eje produce vibraciones y movimiento al
girar, por lo tanto es necesario conectar un cojinete guía de la turbina (CGT),
cojinete guía combinado (CGI) y el cojinete guía superior (CGS). El cojinete
guía combinado se muestra en la figura 2.5 para su mejor apreciación.
Figura 2.5 Cojinete guía combinado del generador
Poseen unas pastillas especiales que rozan con el eje, el cual tiene una
mínima película de aceite, con ésto el eje del conjunto permanece
verticalmente estable. Es necesario calcular las pérdidas de cada cojinete
como parte de las pérdidas totales del generador.
• Cojinete guía superior: es un cojinete segmentado de 14 piezas para las
unidades impares y 16 para las pares, de forma circular, las cuales van
colocadas en la periferia del eje superior y reposa sobre una superficie
pulida de presión sobre el eje. Son de acero con superficie de antifricción
(babbit) de corrimiento, provista de ranuras con aceite de lubricación, el
cual descansa sobre anillos aislados colocados en la ménsula superior del
38
generador previniendo el flujo de corriente desviadas a través de las
partes del generador. Su objetivo es soportar los movimientos axiales que
se producen en el eje para que la misma permanezca centralizada.
• Cojinete de empuje y guía inferior (combinado): los cojinetes son
dispositivos mecánicos que según su función y construcción son de dos
tipos, soporte o empuje y guía. El cojinete de soporte o empuje por su
característica es el encargado de soportar toda la masa rodante de la
unidad como es el rodete (138 Ton), el rotor (1200 Ton), eje turbina
generador (120 Ton), eje superior del generador (21 Ton) y los anillos
colectores del circuito de excitación (30 Ton) y el empuje hidráulico de la
turbina. Está constituido por 24 zapatas de metal antifricción (babbit), las
cuales descansan sobre 96 resortes tipo espiral precomprimidos. Las
pastillas están sumergidas en un cárter de aceite cuyo volumen es de
16.000 lts para las unidades impares y 21.000 lts para las pares.
El cárter tiene forma circular con un volumen de aceite de 2.000 lts para
unidades impares y 600 lts para las unidades pares; es enfriado por agua
mediante dos serpientes.
• Ménsula superior del generador: es la estructura metálica que tiene forma
circular cuya finalidad es soportar el peso del cojinete guía superior del
generador, anillos rozantes, generador de imanes permanentes, vigas,
tapas, entre otros.
El cojinete guía inferior del generador es un conjunto de pastillas que tienen
forma circular, van colocadas en la periferia del anillo del eje del generador,
en las unidades impares son 34 pastillas y en las pares 26, las cuales son
lubricadas con el mismo aceite del cojinete de empuje por fuerza centrífuga.
39
Cuando la unidad está funcionando el cojinete guía tiene la función de evitar
los movimientos radiales de la unidad para que permanezca centralizada.
• Ménsula inferior del generador: es la estructura metálica que tiene forma
de estrella, su finalidad es soportar el peso de la unidad rodante.
2.5.5.4 Generador de Imanes Permanentes (PMG)
Es un generador de imanes que está acoplado a un eje (rotor) y gira a la
velocidad de la turbina, induciendo una tensión en el estator. Ésta tensión
varía de acuerdo a la velocidad de la turbina y se utiliza para activar al
solenoide del actuador (20AS), que es el encargado de actuar a la válvula
piloto del gobernador, para poner en servicio el gobernador de velocidad, que
a su vez se encarga de ordenar a los servomotores de cierre o apertura de
las paletas, para mantener girando la turbina a velocidad constante.
2.5.6 Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri [2]
2.5.6.1 Ubicación
Nave de generadores entre las elevaciones 128,30 mts y 137,50 mts, entre
las galerías aguas abajo y aguas arriba de la Casa de Máquinas II.
2.5.6.2 Características
Los generadores de la Casa de Máquinas II se dividen en dos grupos,
unidades pares y unidades impares, esto se debe a la casa fabricante de las
mismas tal como se aprecia en la tabla 2.5:
40
Tabla 2.5 Fabricantes de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri
UNIDADES PARES UNIDADES IMPARES Generador N° Fabricante Generador N° Fabricante
12 11 Mitsubishi 14 13 Toshiba 16 15 Hitachi 18 17 Siemens 20
Canadian General Electric
19 Toshiba
Las características eléctricas principales de los generadores impares se
presentan en la tabla 2.6.
Tabla 2.6 Características de los Generadores impares de la Casa de Máquinas II Planta Guri
TIPO Semi – Paragua SERVICIO Continuo
Nominal 700 MVA POTENCIA
Máxima 805 MVA VELOCIDAD NOMINAL 112,5 r.p.m. NÚMERO DE POLOS 64
Nominal a 700 MVA 22.453 Amp CORRIENTE
Nominal a 805 MVA 25820 Amp VOLTAJE DE EXCITACIÓN 500 V
CORRIENTE DE EXCITACIÓN 2.575 Amp FACTOR DE POTENCIA 0,9
FRECUENCIA 60 Hz AMPERIOS DE CAMPO 2575
Las unidades pares poseen las mismas características presentadas en la
tabla anterior, sin embargo se diferencian en dos aspectos, éstos se
presentan en la tabla 2.7 para mejor entendimiento.
41
Tabla 2.7 Características de los Generadores pares de la Casa de Máquinas II Planta Guri
POTENCIA 700 MVA 805 MVA
VOLTAJE DE EXCITACIÓN
400 V 450 V
CORRIENTE DE EXCITACIÓN
2700 Amp 2930 Amp
Las dimensiones generales y el peso del rotor, estator y el eje se resumen
en la tabla 2.8.
Tabla 2.8 Dimensión y peso de los componentes principales de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri
DIÁMETRO [mts] PESO [Ton] ALTO [mts] ROTOR 13,6 1200 (sin eje) 4,0
ESTATOR 16,6 740 6,1 EJE 2,75 90 * * *
2.5.6.3 Fuente de Alimentación
La fuente de alimentación proviene inicialmente del tablero UADS-D
respectivo con tensión de 480 VAC, la cual se reduce e invierte a 230 VDC
por medio de los diferentes elementos de la excitatriz. Cuando el generador
es excitado y alcanza una tensión de 12 a 13 kV, ésta fuente de alimentación
sale de servicio y pasa a ser autoalimentado desde el mismo generador a
través del transformador de excitación.
El circuito de control es alimentado con 125 VDC desde el tablero de
distribución, ubicado en el tablero UCS.
42
2.6 CONEXIÓN EN PARALELO DE GENERADORES ELÉCTRICOS [6]
La conexión en paralelo de generadores eléctricos ofrece confiabilidad en el
servicio suministrado, no obstante para que ésta maniobra no represente
peligro al sistema de potencia se deben cumplir las condiciones que se
enumeran a continuación:
1. Igual secuencia de fases.
2. Igual frecuencia.
3. Igual tensión en los bornes de conexión.
4. Instante de sincronismo.
2.6.1 Igual Secuencia de Fases
Ésta condición es permanente y se verifica generalmente la primera vez que
se conecta en paralelo el generador. Físicamente ésta condición implica que
los campos magnéticos giratorios giren en el mismo sentido, de tal manera
que se produzca el mismo desfase de f.e.m. inducida en ambos lados de la
conexión a realizar.
2.6.2 Igual Frecuencia
Ésta condición debe ser tan exacta como sea posible y se verifica en cada
conexión, independientemente de que se haya realizado la primera vez, esto
se realiza a través de frecuencímetros conectados en cada una de las
máquinas, en caso de ser diferentes se regula la velocidad del generador.
43
2.6.3 Igual Tensión
Implica igualdad de tensión en los bornes a conectar, y se verifica a través de
voltímetros conectados en ambas máquinas, en caso de ser diferente se
regulará la excitación del generador que se está conectando en paralelo.
2.6.4 Instante de Sincronismo
Es el instante en que se debe cerrar el interruptor de conexión en paralelo, lo
cual ocurre cuando la sinusoide de tensión de cada máquina coincide en
magnitud y fase, dicho instante puede determinarse en forma manual o
automática.
2.6.5 Conexión en Paralelo de los Generadores de Planta Guri
El proceso de sincronización en Planta Guri puede realizarse de dos
modalidades:
a) Manual: no recomendada por el peligro que ésta representa al sistema
de potencia. Los parámetros necesarios para la sincronización son
verificados por el operador en el Patio de Distribución y es éste quien
da la orden de cierre del interruptor.
b) Automático: el sincronizador es el encargado de verificar los
parámetros necesarios para la conexión en paralelo y quien da la orden
de cierre del interruptor.
En el Patio de Distribución de planta Guri se encuentra un sincronizador para
cada una de las unidades generadoras instaladas en ambas Casas de
Máquinas, por medio de éstos se realiza la conexión en paralelo de las
44
unidades. Por ser la unidad generadora en estudio la N° 15, se describe a
continuación tanto los pasos de preparación previos, como el funcionamiento
de los sincronizadores de las unidades N° 11 a 20 (ver Anexo 2.a,
HGSO-325-014).
En el Patio de Distribución se debe tener el seccionador de tierra del
generador abierto, el seccionador de línea del generador cerrado, la bahía de
la unidad abierta y disponible el interruptor de barra.
Para el proceso de sincronización de una unidad generadora se debe tener la
máquina girando, excitada y en control automático en el tablero UCS.
En casa de mando del Patio de Distribución de 800 kV se encuentra un
selector de sincronización identificado como C-25, el cual tiene tres (03)
posiciones: manual, fuera y auto.
Pasando el selector a la posición AUTO, en el C-25 del interruptor
seleccionado para la sincronización automática, se energiza un relé auxiliar
de función de sincronización automática identificado como 25Y-A, el cual se
encuentra ubicado en el circuito de selección de sincronización; una vez
energizado, dicho relé manda a cerrar dos contactos auxiliares, al cerrarse el
primero de ellos se energiza un relé auxiliar repartidor de tensión
sincronoscopio - casa de mando identificado como 25X-3 y el segundo
contacto auxiliar predispone al circuito de inicio o arranque del sincronizador.
El relé 25X-3 al quedar energizado manda a cerrar y abrir unos contactos
auxiliares, ubicados en el circuito de repartición de las tensiones, para así
llevar las señales de tensiones de línea del generador y barra, provenientes
del circuito de llegada y repartición de las tensiones hacia el sincronoscopio
de casa de mando.
45
Una vez que el operador del Patio de Distribución da la orden de arranque al
sincronizador del interruptor desde el tablero mosaico, identificado como C-
52 para la sincronización automática, ubicado en el circuito de inicio y
arranque del sincronizador, como éste circuito se encontraba ya
predispuesto, se energizan los relés auxiliares función sincronización
automática, identificados como 25X5-1 y 25X5-2, que una vez energizados
cierran y abren unos contactos auxiliares ubicados en el circuito de camino
de tensiones hacia el sincronizador, llegando de ésta manera las señales de
tensiones de línea del generador y barra al sincronizador automático
identificado como 25, y también cierra y abre otros contactos auxiliares
ubicados en el circuito de polaridad para el sincronizador automático y así
predisponer la energización del relé 25X-1, el cual es un relé auxiliar de
cierre automático; una vez que el sincronizador automático a través del
equipo de control de tonos (C.T.E.) del Patio de Distribución y Casa de
Máquinas II verifiquen las señales de barra y tensión, y estando dichas
señales óptimas para el sincronismo, se energiza el relé (25X-1) y manda a
cerrar un contacto auxiliar en el circuito de cierre del interruptor, quedando
así culminado el proceso de sincronización automática.
En caso de que la llave sea retirada una vez se inicia el proceso de
sincronización de la unidad, el mismo continua, ya que en el circuito de inicio
del sincronizador existen contactos cerrados del relé 25X5-2 que mantienen
los contactos del circuito de sincronización.
Para que no se cumpla el proceso de sincronización se debe cumplir que las
condiciones de sincronismo no sean las adecuadas y pase el tiempo
reglamentario, que es de cinco (05) minutos y está supervisado por un relé
temporizado de sincronización, ubicado en el circuito de inicio o arranque del
sincronizador e identificado como 25-T, el cual manda a cancelar el proceso
46
cuando pasa el tiempo reglamentario, teniendo que darse una nueva orden
de arranque al sincronizador para que el proceso se reinicie.
47
CCaappííttuulloo IIIIII AAnntteecceeddeenntteess ddee llaa
UUnniiddaadd NNºº 1155 ddee CCMMGG--IIII 3.1 INTRODUCCIÓN
En el año 1985 inicia la operación comercial la unidad generadora Nº 15 de
la Casa de Máquinas II de Planta Guri. El presente capítulo ofrece al lector la
posibilidad de detallar por año, tanto las anomalías, como los trabajos
resaltantes del generador en estudio, de ésta forma puede crearse un
bosquejo más claro de la situación actual de la unidad.
Es importante señalar que la información recopilada fue extraída de las
bases de datos del Sistema de Información de la Hidroeléctrica Guri (SIHG) y
del Sistema de Administración de Operaciones (SAO).
3.2 HISTORIAL [5]
3.2.1 Año 1991
• Durante una parada por mantenimiento de extensión del forro del tubo
aspirador, y modificación del cono del rodete, por inspección visual se
observó desplazamiento en algunos paquetes laminados del estator.
48
3.2.2 Año 1992
Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la
investigación de la situación actual del generador.
3.2.3 Año 1993
• El interruptor Z1520 falla en el Patio de Distribución, manteniendo la
unidad conectada al sistema de potencia a través de la fase “C”, momento
en el cual se decide desexcitar la unidad, incurriendo así en una
operación no segura, hecho que conllevó a una activación del Paro
Eléctrico por actuación de la protección de Discordancia de Polos en Casa
de Máquinas. La situación descrita originó altas corrientes que generaron
elevadas temperaturas, ocasionando daños en:
a) Aislamiento de los polos del rotor.
b) Laminado del estator.
c) Resistencias de descarga de campo de la excitatriz.
d) Bobinado del estator.
e) Desplazamiento entre las secciones Nº 4 y 5, Nº 4 y 3, Nº 6 y 1, de
la carcasa del estator.
La primera lámina del primer paquete de la carcasa del estator, frente a
las uniones de las secciones mencionadas, se encontraron desajustadas y
con vestigios de oxidación.
• Revisión general y cambio de la fase “C” del seccionador Z1593, de la
línea a Patio de Distribución de 800 kV, ésta fue calibrada con respecto a
las fases “A” y “B”.
49
3.2.4 Año 1994
• En enero se inicia el cambio de las 552 barras estatóricas delanteras,
trabajo que culmina en enero de 1996.
• Los especialistas de Hitachi, de acuerdo a resultados obtenidos en las
pruebas de EL CID, detectan daños con pérdidas parciales de material en
algunos paquetes laminados del estator.
• Según procedimiento especificado por los especialistas son reparados los
paquetes laminados dañados.
• Se realizan pruebas de LOOP con la finalidad de detectar puntos calientes
en el núcleo del estator.
3.2.5 Año 1995
• Se realiza modificación en las uniones entre las secciones que conforman
la carcasa del estator soldando planchas de refuerzo.
• Una vez finalizada la reparación del núcleo del estator son realizadas
nuevamente pruebas de LOOP verificando la efectividad de la misma.
3.2.6 Año 1996
• Una vez finalizada las reparaciones de la unidad, ésta entra en servicio
nuevamente en marzo.
• Se realizan pruebas de alto potencial DC controlado por fase “A”, las
mismas arrojan resultados satisfactorios.
50
• Se efectúan pruebas de calentamiento con carga, llevando la unidad a
potencia nominal escalonadamente, la misma arroja resultados
satisfactorios.
3.2.7 Año 1997
• La excitatriz es revisada por presentar ruido anormal en su
funcionamiento, ésta revisión constó de varias pruebas, tales como: bajar
y subir potencia, así como conectar y desconectar el estabilizador de
potencia. Dichas pruebas no mostraron variación de parámetro alguno y el
equipo se dejó funcionando normalmente.
• Con la finalidad de comenzar una investigación que determinara el origen
de la anomalía al momento de la sincronización, se realizan pruebas y
registro de parámetros eléctricos en el Tablero UCS. También es
registrada en la excitatriz la tensión de campo, tensión del generador y
potencia reactiva al momento de la sincronización.
• En febrero es realizado un registro de armónicos de tensión y corriente
con el propósito de analizar los resultados posteriormente, dicho informe
no ha sido aún concluido.
• En julio se realiza inspección visual los paquetes superiores e inferiores
del laminado estatórico, en la misma se observa desprendimiento de
pintura.
• Son inspeccionados los cabezales superiores e inferiores de las bobinas,
el transformador de corriente, las salidas de fase, cabezales de polos y
llanta del rotor. Todo es encontrado en normal estado.
51
3.2.8 Año 1998
• En el tablero duplex del Patio de Distribución de 800 kV se realizan
pruebas de sincronización en vacío, encontrando falso contacto en el relé
25XCS, impidiendo la llegada de la tensión línea del generador al
sincronizador, éste contacto es intervenido y normalizado.
• En el monitor de temperatura del Tablero UCS es revisado el AN-80
(temperatura devanado de la fase “A”), encontrándose variaciones desde
campo. El trabajo de chequeo fue realizado a nivel del detector.
3.2.9 Año 1999
Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la
investigación de la situación actual del generador.
3.2.10 Año 2000
Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la
investigación de la situación actual del generador.
3.2.11 Año 2001
• En julio de éste año es reportado nuevamente el ruido fuerte que se
escucha del generador al momento de su sincronización al sistema de
potencia.
3.2.12 Año 2002
Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la
investigación de la situación actual del generador.
52
3.2.13 Año 2003
Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la
investigación de la situación actual del generador.
3.2.14 Año 2004
• A principio de año, al sincronizar, la unidad tomó más de 70 MVAR
bajando seguidamente la carga.
• El 9 de noviembre ocurre una falla a tierra en el núcleo del estator, por
inspección visual se determina que las bobinas que ocasionaron ésta falla
son la N° 397 y la N° 529.
53
CCaappííttuulloo IIVV PPrroottooccoolloo ddee PPrruueebbaass
ddee IInnvveessttiiggaacciióónn 4.1 INTRODUCCIÓN
C.V.G. EDELCA exige a los departamentos que requieran realizar alguna
prueba sobre los diferentes equipos, la presentación del procedimiento,
llamado también protocolo, a seguir durante la aplicación de las mismas, ésto
con la finalidad de garantizar tanto la seguridad del personal como de los
mismos equipos. La presente investigación incluyó la realización de una serie
de pruebas, el siguiente capítulo explica los diferentes tópicos que se tienen
presentes en la elaboración del protocolo en cuestión.
4.2 VARIABLES DE ESTUDIO
4.2.1 Vibración [6, 8]
Aunque los principios de la vibración fueron descubiertos desde hace
décadas, éstos no fueron aplicados en la industria sino hasta principios de
los años 60. La iniciativa para aplicación de éstos estudios surgió de la
Armada Naval de los Estados Unidos de Norte América, de la industria
petroquímica y de las plantas nucleares de generación de energía.
54
Cada máquina que esté fallando, no importa si ésta falla es de naturaleza
mecánica o eléctrica, genera vibraciones a una específica frecuencia,
muestra de ello es el desbalanceo, que ocurre a una frecuencia de valor igual
a la velocidad de rotación de la flecha, ésto es porque el punto de
desbalanceo del rotor pasa a través del sensor de vibración, una vez por
cada revolución de la flecha.
De forma similar, otras frecuencias que son leídas a través de los
instrumentos, corresponden a otro tipo de fallas comunes como:
desalineamiento, cavitación, deformación y/o desajuste de cojinetes, entre
otros.
Los parámetros con los que se cuenta en la actualidad para determinar los
niveles aceptables de vibración, provienen de tablas de los fabricantes del
equipo y tablas de normatividad, como lo es la International Organization for
Standarization (ISO) [9], ésta se presenta en el anexo 4.a para su estudio en
caso de ser necesario.
4.2.2 Aislamiento [7, 14, 16, 17, 18]
El análisis de descargas parciales es el método más popular para la prueba
en línea del aislamiento de motores y generadores. El análisis de descargas
parciales se ha convertido en un estándar en todo el mundo para la mayoría
de las empresas suministradoras de energía eléctrica y grandes industrias.
Las descargas parciales son chispas debido al flujo de electrones cuando un
pequeño volumen de gas se rompe dieléctricamente. Ésta ocurre en
intersticios dentro del mismo aislamiento eléctrico o adyacente al aislamiento
de estatores de alta tensión. El término parcial es usado ya que existe un
55
aislamiento sólido, tal como mica epóxica en serie con el intersticio, lo cual
previene una ruptura completa.
Las descargas parciales son a menudo el resultado del daño causado por
otras fuerzas térmicas, mecánicas y químicas, actuando en el devanado del
estator. El desarrollo progresivo de éstas descargas es el mayor síntoma de
deterioro del aislamiento, contribuyen también al envejecimiento del sistema
dieléctrico de las máquinas erosionando o deteriorando el aislamiento.
La ocurrencia de descargas parciales en sólidos trae como consecuencia la
destrucción del material aislante debido al bombardeo de las partículas
cargadas, pudiendo alterar la estructura molecular, y de aparecer ácido
nítrico, la destrucción del aislamiento por oxidación.
En las fotografías que se presentan a continuación (figura 4.1) se pueden
observar éstas consecuencias, producto de las elevadas temperaturas
sufridas por el estator en la falla a tierra ocurrida el martes 09 de septiembre
del 2004.
Figura 4.1 Daños apreciables del estator unidad N° 15 de CMG-II
56
Si bien el análisis de descargas parciales permite determinar el estado del
aislamiento la pregunta que surge es cómo saber qué tipo de descarga
presenta la gráfica obtenida, para ello existe una serie de patrones por los
cuales se realizan comparaciones, y conjuntamente con la experiencia, se
establece el tipo de descarga que presenta la unidad, éstos patrones se
presentan en la tabla 4.1 junto a su respectiva descripción.
Tabla 4.1 Patrones de Descargas Parciales obtenidos en pruebas de Laboratorio
TIPO DE DESCARGA PARCIAL
PATRÓN DESCRIPCIÓN
Descargas internas
Estas descargas ocurren en el seno o muro del aislamiento del devanado
dentro de huecos o cavidades existentes.
Descargas de corona
Estas descargas ocurren en los extremos o cabezales del devanado, específicamente en la junta de la pintura semiconductora y la pintura
gradiente (o anticorona).
Descargas barra a barra
Estas descargas ocurren en los extremos del devanado entre dos barras de diferente fases y alto voltaje cuando la distancia es
demasiado pequeña o entre una bar de alto voltaje y una cercana al
neutro.
57
Descargas de ranura
Estas descargas toman sitio entre el laminado del núcleo magnético del estator y la superficie de las barras de bobinas dentro de la ranura.
Descargas superficiales
Estas descargas toman sitio en los extremos (o cabezales) del devanado originado por sucio
(o contaminación) o por una mala graduación de la pintura anticorona.
4.2.3 Corriente y Tensión [6, 7, 8]
La forma de onda de la corriente y la tensión proveniente del generador, es
un parámetro de gran importancia para el buen funcionamiento de la unidad.
Cuando éstas ondas presentan distorsión el proceso de sincronización al
sistema de potencia puede verse afectado, recordemos las cuatro
condiciones para la conexión en paralelo de generadores: igual secuencia de
fase, igual tensión de barra, igual frecuencia e instante de sincronismo.
La presencia de armónicos no deseados en la forma de onda no permite al
sincronizador automático un óptimo desempeño puesto que las magnitudes y
fases no coinciden como deberían.
El Ing. Pedro Mora en su libro, “Máquinas Sincrónicas: diseño, operación y
funcionamiento”, hace referencia a la pureza de onda que se puede obtener
58
de un generador de acuerdo al diseño implementado por el fabricante. La
unidad generadora en estudio fue diseñada para obtener una sinusoide
limpia y continua, sin embargo ha sufrido fallas que han afectado su
estructura física desde la puesta en servicio comercial, es por ello que surge
la necesidad del estudio de éstas ondas, obteniendo así mayor información
para analizar por parte del generador.
4.2.4 Potencia Activa y Potencia Reactiva [6, 7, 8]
Cuando un generador es conectado a un sistema de potencia la tensión y la
frecuencia permanecen inalterables ante cualquier variación que pueda
producir la máquina conectada, por lo tanto podrá absorber o proporcionar
potencia activa o reactiva.
La tensión y la frecuencia son controladas por el sistema al cual se está
conectado, por tal motivo la frecuencia de conexión de la máquina debe ser
ligeramente superior a la de la red de conexión, con la finalidad de que se
consiga el instante de sincronismo.
Cuando funciona como generador suministrando activos a la carga, cualquier
aumento de la potencia mecánica producirá mayor potencia activa y un
aumento del ángulo par. Físicamente se producirá un adelanto de la posición
del rotor respecto a su posición de referencia, si la carga permanece
constante, la potencia restante será absorbida por la barra infinita, la cual por
definición estará en capacidad de absorberla.
De igual manera, la tensión a conectar será la tensión de la barra, como ésta
viene impuesta por la red, y existe potencia aparente aportada por la
máquina, la misma presentará en éstas condiciones una corriente con factor
de potencia en adelanto, en consecuencia absorberá reactivos de la red, por
59
lo tanto debe elevarse la tensión suministrada al campo excitador por medio
del regulador de tensión, con la finalidad de que pueda suministrar reactivos.
La medición de éstos parámetros permite la observación del comportamiento
de la unidad, bien sea en el aporte o absorción de potencia, tomando en
consideración el precedente de que la máquina en varias oportunidades
consumía valores considerables de potencia reactiva al momento de la
sincronización, hecho que no ocurría en otras unidades de la Casa de
Máquinas.
4.3 PROTOCOLO DE PRUEBAS
4.3.1 Justificación
Fundamentados en la búsqueda del mejoramiento continuo que lleva a cabo
C.V.G. EDELCA, el Departamento de Operaciones Guri luego de una serie
de reuniones, y en consulta con su personal, toma la decisión de que en caso
de realización de pruebas que puedan afectar al sistema de potencia, sobre
equipos de alguna de sus Casas de Máquinas, el responsable del trabajo
debe presentar ante la Sección de Planificación y Coordinación de éste
departamento, el procedimiento por escrito, llamado también protocolo de
prueba.
En caso de que las pruebas a realizar involucren la participación de varios
departamentos, éstos deben realizar sus trabajos bajo la figura del solicitante
principal, de ésta manera la coordinación y realización de la tarea será lo
más fructífera posible.
El responsable de la prueba se limitará a realizar la tarea descrita en el
procedimiento presentado y en caso de requerirse una maniobra adicional
60
deberá consultar con el supervisor de guardia, de ésta forma no se arriesga
la seguridad del personal así como la de los equipos.
4.3.2 Descripción
Como ya fue explicado el responsable del trabajo será el encargado de la
elaboración del protocolo de prueba en cuestión; para la investigación en
desarrollo, el mismo fue estructurado con la colaboración del Departamento
de Investigaciones y Pruebas de Generación de C.V.G. EDELCA, sin
embargo éste debe estructurar el mismo de acuerdo a las condiciones
exigidas por el Departamento de Operaciones Guri, los cuales solicitan que
cada protocolo incluya:
A.- Objetivo
B.- Requerimientos
C.- Descripción de las pruebas
D.- Procedimiento
E.- Normas aplicables
F.- Esquema de medición
G.- Lista de instrumentos
H.- Cálculos
I.- Mediciones
J.- Observaciones
K.- Resultados
L.- Conclusiones
El anexo 4.b presenta el protocolo elaborado para las pruebas realizadas el 8
de noviembre de 2004, en el mismo se pueden detallar las condiciones
nombradas, sin embargo, los puntos I, J, K y L fueron desarrollados de
manera independiente para cada una de las pruebas por decisión en
61
conjunto de Departamento de Operaciones Guri y el Centro de
Investigaciones Aplicadas (CIAP).
4.3.3 Aplicación
El sábado 6 de noviembre de 2004 bajo el permiso de trabajo N° 315592 fue
instalada la instrumentación para la elaboración de las pruebas. Los
sensores de vibración fueron dispuestos en el núcleo del estator del lado
aguas abajo y aguas arriba de la unidad, en la figura 4.2 se observan los
sensores utilizados así como los trabajos realizados para su instalación.
Figura 4.2 Instalación de sensores de vibración, pruebas unidad N° 15, CMG-II
62
Los instrumentados utilizados para la medición de tensión, los transductores
de potencia activa y potencia reactiva y las resistencias shunt para la
medición de las corrientes de fase fueron instalados en la cikura del UCS de
la unidad (por medio de la cikura de logra la instalación de instrumentos de
medición para pruebas en caliente), ésta labor fue realizada bajo el mismo
permiso de trabajo con el cual se instalaron los sensores de vibración. En las
siguientes fotografías (figura 4.3) se puede detallar el UCS, la cikura del UCS
y los equipos instalados.
Figura 4.3 Instalación de equipos en la cikura del UCS, pruebas unidad N° 15, CMG-II
63
En éste punto es necesario resaltar que debido a las condiciones dinámicas
del sistema no fue posible realizar las pruebas que se tenían previstas
durante el proceso de sincronización y posteriormente variando la carga de la
unidad, los resultados obtenidos que se presentan en el Capítulo V
corresponden a los registros de la unidad en condición de máxima carga.
64
CCaappííttuulloo VV RReeggiissttrroo yy
AAnnáálliissiiss ddee DDaattaa 5.1 INTRODUCCIÓN
La importancia de la toma de registros se encuentra precisamente en el
análisis que se les realice, por tal motivo se presenta el siguiente capítulo, en
el cual el lector tendrá la oportunidad de observar los resultados obtenidos de
los diferentes parámetros de estudio en las pruebas realizadas el 8 de
noviembre de 2004 a la unidad N° 15, así como el estudio realizado a los
mismos.
5.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS
5.2.1 Vibración
A continuación se presentan las gráficas en el tiempo, y su respectivo
análisis de frecuencia, para un mejor entendimiento, y por consiguiente un
acertado análisis.
La figura 5.1 presenta los resultados obtenidos de la prueba de aceptación
de la unidad N° 17 de la Casa de Máquinas II de planta Guri en el mes de
julio de 2004, con una condición de salida del generador de 654 MW.
65
10 11 12 13 14 15 0 100 200 300 400 500
10 11 12 13 14 15-5
0
5vib radial nucleo
m/s2
0 100 200 300 400 5000
0.5
1
1.5
2
2.5FFT vib radial nucleo
m/s2 (p-p)
10 11 12 13 14 15-5
0
5vib vert nucleo
m/s2
0 100 200 300 400 5000
0.5
1
1.5
2FFT vib vert nucleo
m/s2 (p-p)
10 11 12 13 14 15-5
0
5vib tang nucleo
m/s2
0 100 200 300 400 5000
0.5
1
1.5
2FFT vib tang nucleo
m/s2 (p-p)
10 11 12 13 14 15-5
0
5vib radial carcaza
seg
m/s2
0 100 200 300 400 5000
0.5
1
1.5
2FFT vib rad carcaza
m/s2 (p-p)
Hz
Figura 5.1 Vibraciones en carcasa y núcleo del generador N° 17, CMG-II
La figura 5.1 se presenta con la finalidad de servir como referencia con los
resultados obtenidos el 8 de noviembre de 2004, en las pruebas realizadas a
la unidad en estudio (unidad N° 15); éstos resultados se observan en la
figura 5.2, que al igual que en el caso, anterior presenta, tanto el
comportamiento en el tiempo como en la frecuencia, en ésta oportunidad la
condición de salida del generador fue de 687 MW, como se puede apreciar
ambas salidas de los generadores son cercanas, lo que permite una
comparación fiable.
66
0 2 4 6 8 10-10
-5
0
5
10vib. nucleo rad aguas abajo
m/s2
0 100 200 300 400 5000
0.5
1
1.5
2FFT nucleo rad aa
m/s2 (p-p)
0 2 4 6 8 10-10
-5
0
5
10vib. nucleo vert aguas abajo
m/s2
0 100 200 300 400 5000
0.5
1
1.5
2FFT nucleo vert aa
m/s2 (p-p)
0 2 4 6 8 10-5
0
5vib. nucleo radial Aguas Arriba
m/s2
0 100 200 300 400 5000
1
2
3
4
5FFT nucleo radial AA
m/s2 (p-p)
0 2 4 6 8 10-10
-5
0
5
10vib. nucleo vertical Aguas Arriba
m/s2
seg0 100 200 300 400 500
0
1
2
3
4FFT nucleo vertical AA
m/s2 (p-p)
Hz
Figura 5.2 Vibraciones en carcasa y núcleo del generador N° 15, CMG-II
67
De las gráficas presentadas se puede decir que:
• Las gráficas en el tiempo, en dirección radial y vertical, correspondientes a
la unidad N° 15 presentan valores que duplican, en promedio, a las
mismas medidas sobre la unidad N° 17.
• En el caso de los componentes de frecuencia, se puede observar que para
el caso de la unidad N° 17, existe una clara definición de la componente
de 120 Hz, frecuencia fundamental para las vibraciones en el núcleo, y los
espectros en general se presentan bastante despejados. Por el contrario,
en el caso de la unidad N° 15, se puede apreciar la presencia de múltiplos
de la frecuencia de 120 Hz, ésto podría indicar, cierto aflojamiento en las
partes que conforman el núcleo.
• La empresa canadiense Hydro-Québec, haciendo uso de
recomendaciones establecidas en sociedades internacionales como la
CIGRE (International Council on Large Electric Systems), maneja el valor
de 11,40 m/s2 como alarma para la componente de vibración de 120 Hz
medidas en núcleos de hidrogeneradores con frecuencia de línea de
60 Hz.
• Basándose en el ítem anterior se puede decir, de manera preliminar, que
los valores vibratorios obtenidos de la unidad N° 15 de la Casa de
Máquinas II de planta Guri, no superan los valores de alarma establecidos
por ésta recomendación.
5.2.2 Aislamiento
En la figura 5.3 se pueden apreciar los resultados obtenidos en las pruebas
de descargas parciales realizadas en noviembre de 2004; como se puede
68
observar, las mismas están acompañadas de los resultados obtenidos, para
la misma prueba, en marzo de 2001.
MARZO 2001 NOVIEMBRE 2004
Figura 5.3 Descargas Parciales de Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004
69
Los resultados obtenidos en las pruebas de noviembre de 2004 fueron
tomados en un rango de frecuencia de 2 a 20 MHz.
La presencia de puntos rojos informa la existencia de pérdida de aislamiento,
sin embargo, la experiencia de los expertos permite la determinación de las
zonas del núcleo del estator en las cuales existe ésta pérdida.
La tabla 5.1 presenta los resultados numéricos obtenidos a través del análisis
tradicional de descargas parciales, tanto en marzo de 2001 como en
noviembre de 2004.
Como se puede apreciar en ésta tabla los diferentes parámetros estudiados
(carga, corriente y cantidad de pulsos) duplican su nivel en relación con los
resultados obtenidos en el 2001, muestra fehaciente de la pérdida de
aislamiento presente en el núcleo del estator.
Tabla 5.1 Análisis PRPD Unidad N° 15, CMG-II
Qmáx [nC] NQStotal [µA] Ntotal [N° de pulsos] FASE Mar/2001 Nov/2004 Mar/2001 Nov/2004 Mar/2001 Nov/2004
A 7.7 15.0 5.0 17.49 90944 152351 B 7.9 14.2 7.1 16.8 130436 146959 C 7.4 15.63 5.2 19.7 107461 235851
Al igual que para el caso de las vibraciones, para el análisis del aislamiento
fueron realizados los espectros de frecuencia, tanto para los resultados
obtenidos en marzo de 2001 como para los de noviembre de 2004; éstas
gráficas se presentan en la figura 5.4.
Los resultados obtenidos son cuantificados y resumidos en la tabla 5.2
70
MARZO 2001 NOVIEMBRE 2004
Figura 5.4 Espectros de Frecuencia de las Descargas Parciales de la Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004
Tabla 5.2 Análisis de Espectro de Frecuencia de Pruebas de Descargas Parciales de la Unidad N° 15, CMG-II
0 – 50 [MHz] 0 – 200 [MHz] FASE Mar/2001 Nov/2004 Mar/2001 Nov/2004
A *** 1673 2013 2028 B *** 1758 2217 2460 C *** 1719 1947 2131
71
De los resultados presentados se obtienen los siguientes análisis:
• Los registros obtenidos en el año 2001 muestran patrones de descargas
corona y descargas internas, en las mediciones de noviembre de 2004 se
encontró un patrón adicional, correspondiente a descargas barra a barra.
• Las descargas predominantes son las descargas internas y las de barra a
barra.
• Las actividades totales se incrementaron alrededor de 80% en magnitud y
60% en cantidad, respecto a marzo de 2001.
• En general, la magnitud y la cantidad de las descargas parciales para éste
generador son elevadas, y reflejan que el devanado presenta deterioro en
el aislamiento principal.
5.2.3 Corriente
Los valores obtenidos en las pruebas de corriente no son presentados en
ésta investigación, ya que por las condiciones dinámicas del sistema no se
posee registro de éstos, sin embargo se acota que durante la obtención de
los mismos éstos no presentaron variaciones significativas que pudiesen
influenciar en las conclusiones que en su debido momento se presentarán.
5.2.4 Tensión
Las mediciones de tensión efectuadas en noviembre de 2004, a diferencia de
las obtenidas para vibración y aislamiento, fueron cargadas en la aplicación
de computación Microsoft Excel, ya que para las mismas no fue usada una
aplicación que permitiese su análisis de forma inmediata.
72
La tabla 5.3 presenta los valores obtenidos para ésta variable, cabe destacar
que ésta tabla presenta una muestra del total recolectado, y que por la
cantidad de los mismos, éstos se presentan en el respaldo digital de ésta
investigación bajo el nombre Medición de Tensión, UN-15, CMG-II,
Noviembre 2004,
Tabla 5.3 Medición de Tensión de la Unidad N° 15, CMG-II
Tiempo [seg]
Fase A [Vpp]
Fase B [Vpp]
Fase C [Vpp]
0 20218,22908 3314,287881 -22645,68962 0,001 12842,29071 11538,91382 -25145,03894 0,002 3752,479414 18663,72214 -23814,82392 0,003 -5223,873896 23680,6073 -18818,72336 0,004 -13186,09414 25405,72991 -10923,16976 0,005 -19728,93338 23138,46674 -1671,428163 0,006 -24072,91681 17286,74175 7062,428508 0,007 -25062,78385 9009,270936 14793,44595 0,008 -21948,54783 -339,4828243 20902,38049 0,009 -15558,13772 -8929,587938 24641,8955 0,01 -6881,446519 -16556,68233 24584,73782 0,011 2365,982269 -22482,01082 20917,96894 0,012 10643,46087 -25320,85076 13749,87668 0,013 17769,10057 -24319,73405 4754,479467 0,014 22934,95943 -19531,47959 -4293,762612 0,015 25189,20623 -11926,02718 -12315,73861 0,016 23481,4128 -2661,287406 -19234,41556 0,017 18008,12359 6277,809492 -23832,15309 0,018 9918,59761 14204,54001 -25087,88126 0,019 641,7248242 20706,6674 -22452,57462
La gráfica de la figura 5.5 presenta la forma de onda de la tensión de las tres
fases de la unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II en Planta Guri, ésta
gráfica fue realizada con los valores presentados en la tabla anterior.
73
Figura 5.5 Forma de Onda de las Fases A, B y C de la Unidad N° 15, Noviembre 2004
De la gráfica anterior se puede observar lo siguiente:
• Ninguna de las fases presenta distorsión en el tiempo.
• El desfase es de 120°.
• No se observa presencia de armónicos no deseados.
Por lo expuesto anteriormente se puede decir que los resultados obtenidos
en las pruebas de noviembre de 2004 no son significativos para la
investigación en desarrollo, y que los mismos deben servir como data
histórica para futuras comparaciones.
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02
Tiempo (seg)
Ten
sión (Vpp)
Fase A Fase B Fase C
74
5.2.5 Potencia Activa y Potencia Reactiva
Al igual que para la medición de tensión, los valores obtenidos en el registro
de data de potencia de la unidad bajo estudio, fueron cargados en la
aplicación de computación Microsoft Excel.
La tabla 5.4 presenta una muestra de los resultados obtenidos y en caso de
querer observar la totalidad de los mismos se puede acudir al soporte digital
de ésta investigación en la cual se encuentra el archivo correspondiente bajo
el nombre Mediciones de Potencia, UN-15, CMG-II, Noviembre 2004.
Tabla 5.4 Medición de Potencia de la Unidad N° 15, CMG-II
Tiempo [seg]
Potencia MVAR
0 6,18983 649,93215 -0,204167 0,001 6,18633 649,56465 -0,194 0,002 6,18933 649,87965 -0,181833 0,003 6,1935 650,3175 -0,1705 0,004 6,20233 651,24465 -0,160667 0,005 6,213 652,365 -0,156167 0,006 6,22717 653,85285 -0,155667 0,007 6,23767 654,95535 -0,1565 0,008 6,24883 656,12715 -0,164 0,009 6,25183 656,44215 -0,1725 0,01 6,25483 656,75715 -0,184667 0,011 6,25117 656,37285 -0,194833 0,012 6,244 655,62 -0,207167 0,013 6,2325 654,4125 -0,215 0,014 6,2195 653,0475 -0,217 0,015 6,20767 651,80535 -0,218333 0,016 6,19867 650,86035 -0,212333 0,017 6,19017 649,96785 -0,206 0,018 6,18533 649,45965 -0,193333 0,019 6,1875 649,6875 -0,182
75
De la tabla presentada se obtiene la gráfica de variación de potencia de la
unidad generadora, ésta puede observarse en la figura 5.6.
Figura 5.6 Variación de Potencia de la Unidad N° 15, Noviembre 2004
De la gráfica presentada se puede decir:
• La variación de potencia presentada por la unidad es completamente
normal en comparación con otras unidades, cabe destacar que ésta
comparación es hecha de acuerdo a conocimientos obtenidos a través de
la experiencia ya que no se cuenta con registros previos para
comparación.
• De acuerdo a lo expresado en el ítem anterior, la medición hecha servirá
como futura referencia.
645
650
655
660
665
670
675
680
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Ti empo [ se g]
Pote
nci
a de
Sal
ida
[MW
]
76
CCoonncclluussiioonneess
El Departamento de Operaciones Guri, en conjunto con el Centro de
Investigaciones Aplicadas (CIAP), realizó la investigación del ruido anormal al
momento de la sincronización al sistema de potencia presentado por el
generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, iniciando de ésta
manera la futura, y satisfactoria, normalización de la unidad generadora.
Tomando en consideración que la situación de ruido se presenta únicamente
al instante de sincronización, se realizaron en noviembre de 2004 una serie
de pruebas, las cuales incluyeron la medición de descargas parciales,
vibraciones del núcleo del estator, corriente, tensión, potencia activa y
potencia reactiva.
Los resultados obtenidos, aún cuando no son determinantes, facilitan la
localización parcial del origen del problema, de éstos se concluye lo
siguiente:
• Los registros de vibración en dirección radial y vertical duplican los valores
de otras unidades de la Casa de Máquinas II con iguales características.
77
• El análisis de los componentes de frecuencia, debido a la presencia de
múltiplos de la frecuencia fundamental (120 Hz), indica aflojamiento en
las partes que conforman el núcleo del estator.
• Los valores vibratorios obtenidos no superan los indicadores de alarma
(11,40 m/s2) establecidos por la norma consultada (Hydro-Québec).
• El análisis de descargas parciales en el núcleo del estator muestra
patrones de descargas corona, internas y barra a barra.
• Las descargas predominantes son las internas y las barra a barra.
• La actividad de descarga parcial, en relación con la última medida (marzo
2001), se incrementó 80% en magnitud y 60% en cantidad.
• La medición de descarga parcial hace notar que el devanado presenta
deterioro en el aislamiento principal.
• Los registros de corriente, tensión, potencia activa y potencia reactiva, no
reflejan anomalía alguna, por lo cual se deduce que éstos parámetros no
se han visto afectados por la falla presente.
En inspección realizada en diciembre de 2004 se evidenció la presencia de
pérdida de aislamiento en el núcleo del estator, y se confirmó la existencia
del desajuste de algunos paquetes laminados y la deformación de los
mismos, ésto afecta la estructura física en pleno del núcleo del estator,
trayendo como consecuencia, la aparición de armónicos no deseados en la
forma de onda de la tensión, conocidos también como armónicos de diente o
ranura.
78
RReeccoommeennddaacciioonneess
Como fue explicado en varias ocasiones, la investigación realizada forma
parte de un estudio más extenso que tiene como objetivo principal la
focalización del origen de la anomalía presente en la unidad generadora
N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, de ésta manera
C.V.G. EDELCA podrá normalizar la situación de ésta unidad generadora
permitiendo un mejor desempeño de la planta hidroeléctrica.
Basándose en lo expuesto se presentan a continuación una serie de
recomendaciones a tomar en consideración para la reparación del generador
N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri:
• Extracción del sincronizador de la unidad N° 15 en el Patio de Distribución
Guri para chequeo de conexiones y revisión general del mismo.
• Solicitar al Departamento de Mantenimiento Eléctrico Guri una inspección
exhaustiva del núcleo del estator.
• Localización de los paquetes laminados del núcleo del estator con
desviaciones para su respectiva intervención.
79
• Normalización de los paquetes laminados del núcleo del estor con
desviaciones de acuerdo a procedimiento especificado por el fabricante.
• Determinación de las zonas con pérdida de aislamiento en el núcleo del
estator.
• Reparación de las zonas con pérdida de aislamiento en el núcleo del
estator de acuerdo a procedimiento especificado por el fabricante.
Mientras es reparado el generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de
Planta Guri se pueden tomar una serie de medidas, las cuales permitirán que
la situación actual de ésta unidad generadora no se repita, de igual manera
éstas acciones pueden, y deberían, ser tomadas en consideración para el
resto de las unidades de ambas Casas de Máquinas de ésta planta
hidroeléctrica, entre éstas se tiene:
• Instalación de sensores de vibración de registro permanente.
• Realizar pruebas de medición de descargas parciales para la
determinación de pérdida de aislamiento periódicamente.
• Elaboración de historial de trabajos realizados, anomalías y fallas por
unidad desde la puesta en servicio de éstas hasta el año 2002, puesto que
a partir de ésta fecha se cuenta con la base de datos del Sistema de
Administración de Operaciones (SAO).
Una vez culminada la reparación de la unidad, se recomienda la elaboración
de una serie de pruebas similares a las realizadas para ésta investigación,
profundizando así la data histórica que permitirá la determinación del origen
de la falla.
80
Con la implementación de éstas medidas se obtendrían ventajas tales como:
• Mejores condiciones de seguridad para el personal.
• Reducción en los costos de mantenimientos no planificados ya que éstos
serían absorbidos por los mantenimientos preventivos.
• Disminución de los indicadores de trabajos de emergencia.
• Reparaciones más eficientes sobre los equipos y sistemas.
• Incremento en la capacidad de producción, debido a menos fallas en los
equipos y sistemas.
Cada una de éstas ventajas es un argumento para las empresas de clase
mundial, que asegura una producción continua y estable.
81
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División
Planta Guri. Departamento de Operaciones (2004). Manual de
Organización, Proceso Operar. Guri.
[2] C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División
Planta Guri. Departamento de Operaciones (2002). Plan de
Entrenamiento, Generadores Casa de Máquinas II. Guri.
[3] C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División
Planta Guri. Departamento de Operaciones (2002). Plan de
Entrenamiento, Gobernadores Casa de Máquinas II. Guri.
[4] C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División
Planta Guri. Departamento de Operaciones (2002). Plan de
Entrenamiento, Turbinas Casa de Máquinas II. Guri.
[5] C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División
Planta Guri. Departamento de Ingeniería de Mantenimiento (2003).
SAO, Guía de Uso, Personal de Operaciones. Guri.
[6] Mora M., Pedro Omar (2003). Máquinas Eléctricas, Máquinas
Sincrónicas: Diseño, Operación y Funcionamiento. Universidad de
Los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica.
[7] Fink, D. Y Wayne, H. (2000). Manual de Ingeniería Eléctrica. 13ra Ed.
México: Mc Graw Hill.
82
[8] Chapman, S. (1993). Máquinas Eléctricas. 2da Ed. Colombia: Mc
Graw Hill.
[9] International Organization for Standardization (ISO) 7919-5.
Mechanical vibration of non-reciprocating machines –
Measurements on rotating shafts and evaluation criteria. Part 5:
Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.
[10] http://intranet.edelca.com.ve/
[11] http://netdial.caribe.net/~jrbaspr/definiciones.html
[12] http://netdial.caribe.net/~jrbaspr/hidroelectrica.html
[13] http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo8.html
[14] http://www.adwel.com/PDF/PDA%20Couplers%20-%20Spanish.pdf
[15] http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia10/HTML/Articul
o20.htm
[16] http://zeus.dci.ubiobio.cl/electricidad/seminario_descargas_parcial
es
[17] http://www.wmea.net/partial_discharge_theory.htm
[18] http://www.magnaelectric.com/partial_discharge.htm
ANEXO 2.a
Diagrama Unifilar de Sistema de
Sincronización Generadores PDG 800 kV
ANEXO 4.a
Norma ISO 7919-5:1997
ANEXO 4.b
Protocolo de Pruebas de Investigación UN-15, CMG-II