Título: Modificaciones al proyecto de instalación de protecciones digitales para las líneas de salida de la subestación de 220 kV de Felton

Autores: Ing Alberto Menéndez Quesada Ing Victor Garcés Peña

Organismo: Minbas Provincia: Holguín

CENTRAL TERMOELÉCTRICA DE FELTON “LIDIO RAMÓN PÉREZ”

SUBESTACIÓN DE 220 KV

Modificaciones al proyecto de instalación de protecciones digitales para las líneas

de salidas de la subestación de 220 kV de Felton

XVI FORUM DE CIENCIA Y TECNICA

Autor Ing. Alberto Menéndez Quesada.

Entidad

Central Termoeléctrica Lidio Ramón Pérez

Felton

Organismo MINBAS.

Provincia Holguín.

Coautor: Ing. Victor Garcés Peña

Entidad

Empresa Constructora de la Industria Eléctrica

(ECIE)

Organismo MINBAS.

Provincia Holguín.

2005

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INDICE GENERAL Página Datos de autores Carta de autores Avales Resumen CAPITULO I. Marco Teórico

1.1 Introducción………………………………………………………………………………………………1

1.2 Metodología del trabajo realizado……………………………………………………………………..5

Capitulo II. Problemas y soluciones 2.1 Introducción…………………………………………………………………………………………….6

2.2 Diseño de montaje y conexión de los elementos que conforman a la automática

de cada relé digital……………………………………………………………………………………..8

2.2.1 Solución #1………………………………………………………………………………………8

2.3 Esquema eléctrico de conexiones de las nuevas protecciones………………….………………11

2.3.1 Solución #2………………………………………………………………………………………11

2.3.2 Solución #3………………………………………………………………………………………12

2.3.3 Solución #4………………………………………………………………………………………14

2.3.4 Solución #5………………………………………………………………………………………15

2.3.5 Solución #6………………………………………………………………………………………17

CAPITULO III Análisis y discusión de los resultados

3.1 Análisis técnico…………………………………………………………………………………………19

3.2 Análisis económico……………………………………………………………………………………...21

3.2.2 Cálculo de la afectación en el costo de producción del SEN al perderse la

generación de una unidad de Felton………………………………………………………..27

3.2.3 Cálculo del costo para el restablecimiento de la unidad al SEN…………........................27

3.2.3.1 Cálculo del costo del combustible que se consume durante el arranque de

la unidad hasta el momento de la sincronización………………………………..28

3.2.3.2 Cálculo del costo de la energía eléctrica que se consume durante el arranque

de la unidad hasta el momento de la sincronización……………………………..28

3.2.3.3 Cálculo del costo a la empresa por salida de servicio de una unidad…………….30

3.2.4 Cálculo del costo total a la economía………………………………………………………….30

3.2.5 Cálculo de los gastos de puesta en servicio de las nuevas protecciones…………………31

3.3 Conclusiones y recomendaciones……………………………………………………….......................33

Bibliografía………………………………………………………………………………………………………34

Anexos

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RESUMEN

La Unión Nacional Eléctrica (UNE) tomó la decisión de que se realizara en la subestación de

Felton la sustitución de las protecciones eléctricas que operaban con las líneas de 220 kV,

por protecciones rápidas de una tecnología de avanzada, adquirida para ser instaladas en

varias subestaciones importantes del sistema electroenergético, como parte de un plan

nacional de modernización orientado a garantizar requisitos técnicos de operación en las

redes de transmisión, para ayudar a mantener la estabilidad del sistema en condiciones de

fallas.

El presente trabajo trata sobre modificaciones realizadas en obra al proyecto ejecutivo para

la puesta en servicio de las nuevas protecciones en la subestación de Felton. Las

modificaciones realizadas constituyen mejoras que se traducen en un aumento de la

fiabilidad de este tipo de proyecto y se incluyen necesidades de proyección que no habían

sido previstas, las que deben ser revisadas en el resto de las subestaciones que instalaron

estas protecciones.

Se describen consideraciones empíricas de impacto negativo en la actividad de protecciones

y automáticas de subestaciones, encontradas durante la puesta en servicio del nuevo

proyecto ejecutivo y el tratamiento dado en obra para evitar afectaciones al servicio por esas

causas.

El trabajo aporta nuevos diseños que fueron elaborados en obra, construidos, puestos en

servicio y se adjuntan registros que validan su correcto funcionamiento durante eventos de

fallas reales ocurridos en el transcurso de un año y medio de explotación. Estos diseños

pueden ser generalizados y utilizados por la empresa de proyecto como diseños típicos para proyectos que utilizan esas protecciones o similares

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CAPITULO I. MARCO TEORICO 1.1 Introducción

Desde la puesta en servicio de la central termoeléctrica de Felton en el año 1996, hasta el año 2003, ocurrieron ocho (8) salidas de servicio de estas unidades por fallas externas; es decir, por fallas ocurridas fuera de la termoeléctrica, en las líneas de transmisión de salidas de la subestación de 220 kV de Felton. La utilización de métodos empíricos en la evaluación y análisis de esas salidas incorrectas de las unidades de generación permitieron relacionar técnicamente a las causas y clasificarlas en los dos grupos de causas siguientes: 1. Causas asociadas a la respuesta de los lazos de regulación de la tecnología frente a

perturbaciones en el sistema eléctrico exterior. [4] 2. Causas asociadas al tiempo de operación de las protecciones e interruptores de las

líneas en la subestación de 220 kV, encargados de desconectar a la perturbación. [3] La siguiente tabla recoge datos operativos reales, de los 8 eventos de fallas ocurridos en las líneas de transmisión que causaron la salida de servicio de los bloques de generación. Solo por concepto de energía dejada de servir esas afectaciones significaron para el país un gasto equivalente a 226 026,24 USD

Datos de la falla ocurrida Afectación a la generación de la CTE

Fecha Hora Lugar Unidad desconectada

Tiempo de afectación [Horas]

Energía dejada de servir [MW/H]

Potencia desconectada [MW]

10-7-1996 9.00 Línea Felton-Cueto U1 4,23 h 740.25 175 10-7-1996 19.31 Línea Felton-Cueto U1 19.43 h 3400.25 175 15-4-1997 12.36 Línea Felton-Cueto U1 9.40 h 2068 220 29-6-2000 3.32 Línea Felton-Cueto U1 4.31 h 1077.5 250

13-8-2001 15.45 Línea Felton-Holguín U1 2.58 h 645 250

22-8-2001 17.04 Línea Felton-Holguín U1 2.11 h 527.5 250

U1 10.15 h 2537.5 250 22-1-2003 15.11

Falla en subest. de Cueto U2 6.15 h 1537.5 250

23-11-2003 10.21

Avería del transformador de bloque 2AT, de la unidad 2 como resultado de daños acumulados por fallas prolongadas en las líneas de salida.

U2 2526.97 h 631742.5 250

Nota: La unidad #2 sincroniza por primera vez al sistema electroenergético en diciembre del 2000

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Debido a esas salidas reiteradas de la unidad #1 por causas externas y considerando la entrada en servicio de la unidad #2 prevista para el año 2000, el departamento de regímenes del despacho nacional de carga realizó en 1998, un estudio de estabilidad que definió el tiempo, por debajo del cual, se debe desconectar a las fallas que ocurran en las líneas de salida de la subestación, para que estas no comprometan la estabilidad de las unidades de generación. El estudio realizado arrojó, que la tecnología existente en aquel entonces, en la subestación de Felton, no podía cumplir con el requisito de “tiempo de operación” dentro del rango de tiempo calculado, lo que representó la explicación técnica a salidas de servicio de ambas unidades, ocurridas hasta el año 2003, por fallas en las líneas de salida de dicha subestación. En el anexo #1 aparece el documento emitido por el departamento de regímenes del despacho nacional con los resultados del estudio de estabilidad realizado, y las indicaciones de las tareas técnicas a ejecutar. De forma general, cuando ocurre una falla en una línea de transmisión dada, del sistema electroenergético, el tiempo total de limpieza de la falla estará compuesto por el tiempo de operación de las protecciones asignadas a dicha línea más el tiempo de operación del interruptor que debe ejecutar la orden de las protecciones de desconectar la línea fallada, aislándola del resto del esquema sano para que continúe el servicio. Si esta operación no ocurre en el tiempo adecuado; es decir, si el proceso de desconexión de la línea en fallo se prolonga mas allá del tiempo definido por los cálculos, los reguladores automáticos de las unidades de generación no pueden controlar el comportamiento de estas, debido a procesos transitorios que se originan en ellas durante la falla (Procesos electromagnéticos y electrodinámicos) y la unidad es desconectada por sus protecciones [2]. Por esta razón, la solución a la problemática mostrada en la tabla consistió en lograr una desconexión más rápida de este tipo de evento. Para ello, la Unión Nacional Eléctrica (UNE) tomó la decisión de que se realizara en la subestación de Felton la sustitución de los tres interruptores que operaban con las líneas y de sus protecciones por otros (otras) más rápidos (rápidas), de una tecnología de avanzada adquirida por el país, para ser instaladas en varias subestaciones importantes del sistema electroenergético, como parte de un plan nacional de modernización orientado a garantizar requisitos técnicos de operación en las redes de transmisión, necesarios para ayudar a mantener la estabilidad del sistema en condiciones de fallas. Para tal propósito, la UEB de proyecto de la empresa de transmisión ECIE-Habana, elaboró los proyectos ejecutivos para la realización de los trabajos de cambio de interruptores y Cambio de las protecciones. El cambio de interruptores fue realizado primero que el de las protecciones. Los tres interruptores sustituidos eran monopolares, de operación por aire comprimido, del tipo VVR-220, con tiempo de operación en la apertura de 85 ms y en su lugar quedaron instalados interruptores de operación tripolar, de tecnología a base de gas SF6, del tipo S1-245, con tiempo de operación en la apertura de 33 ms. Los trabajos de interconexión y puesta en servicio de los nuevos interruptores fueron realizados por el autor principal del presente trabajo en el año 2002, para lo cual se dieron en obra 33 soluciones en los esquemas de mando, control, señalización y protecciones de la

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subestación, para la puesta en servicio utilizando los mismos esquemas existentes de los interruptores sustituidos [3]. En el presente volumen solo se recoge el complemento de soluciones realizadas en obra para la puesta en servicio de las nuevas protecciones (Cambio de las protecciones). La UEB de proyecto de la empresa de transmisión ECIE–Habana elaboró, para la instalación de las nuevas protecciones, un diseño típico de proyecto denominado “proyecto de protecciones para líneas de 220 kV”, a partir del cual se derivaron los proyectos ejecutivos con las particularidades de cada subestación. El proyecto de “Cambio de protecciones de la subestación de Felton” tuvo un alcance que abarcó la sustitución de las protecciones de los tres interruptores que operan con las líneas; es decir, las protecciones de los nuevos interruptores instalados: Interruptor de la línea Felton-Cueto (FE-202), interruptor de la línea Felton-Holguín (FE-206) e interruptor combinado Desvío-Enlace (FE-204) Estas protecciones eran de tecnología electromecánica de la antigua URSS, contenidas en 24 paneles y en su lugar quedaron instalados 3 relés de Distancia digitales, multifunciones, del tipo 7SA513 de la firma SIEMENS, uno para cada interruptor, instalados en un mismo panel (ver fotos en anexos #7, #8, #9, #10 y #11). La tecnología empleada permitió la aplicación del método de protección con función de Teleprotección para los tres interruptores, que antes no existía. La misma quedó habilitada a través de un panel Carrier digital, marca DIMAT de tecnología Española. El panel está dotado de canales de comunicación y se monta un panel similar en cada extremo de las líneas. Cuando ocurre una falla, la subestación cuya protección digital opere en primera zona de distancia, ejecuta la orden de desconexión de su interruptor y simultáneamente envía, a través del canal de comunicaciones correspondiente a la línea en fallo, la orden de desconexión rápida del otro extremo de esa línea, lo que ayuda a mantener la estabilidad de las máquinas generadoras frente a esto eventos. (ver foto en anexo #10). Si la orden enviada por Teleproteción, hacia el otro extremo de la línea en fallo, no se hace efectiva por dificultades en su canal de comunicaciones, se produce una conmutación hacia el canal de la otra línea y se reenvía la señal a través de las líneas cuya configuración en el esquema conforman los otros dos lados del triángulo creado entre las tres subestaciones (Línea Felton-Cueto, Línea Felton-Holguín y Línea Holguín-Cueto) Si no existiera la asistencia mutua entre las subestaciones que gobiernan los extremos de las líneas, es decir, si no existiera la Teleprotección o esta se encontrara fuera de servicio, las fallas que ocurran a partir del 85% de la longitud de la línea, por razones de selectividad y coordinación serían desconectadas con tiempo en uno de sus extremos (segunda zona), con riesgos a perder la estabilidad del sistema [2 ].

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Por razones de fiabilidad para la operación del sistema, el proyecto previó mantener en servicio a la protección diferencial de estas líneas, que es otra modalidad de teleprotección del tipo comparadora de fase por onda portadora de tecnología de la antigua URSS (protección Carrier tipo ДФΖ-201), con el adjetivo de lograr una redundancia en funciones de protecciones para la línea, entre la protección digital y la protección diferencial comparadora de fase por onda portadora (protección Carrier) [2]. La protección Diferencial Comparadora de Fase (Carrier) opera para todo tipo de falla y con el mismo tiempo de actuación para cualquier parte en que ocurra la falla a lo largo de la línea, para ello posee su propio canal de comunicación, independiente a los de la función de teleprotección de la protección digital. (Ver fotos en anexos #11 y #7) El gran inconveniente del proyecto de cambio de protecciones consistió en que el panel de las protecciones digitales a instalar se suministró vacío; es decir, en el solo se encontraban montados los relés digitales, sin el soporte de automática que debió estar incorporado, asociado a cada relé para su funcionamiento (ver foto en anexo #10). Debido a eso, fue necesario buscar una solución de proyecto en nuestro país para incorporar a esa automática en obra, sin la cual no funcionarían las nuevas protecciones. Esta automática es la encargada de brindar a las protecciones las informaciones de: Posición del interruptor, posición de las cuchillas de barras, medición de los circuitos de potenciales de barras, medición de los circuitos de corrientes de la línea, etc. A través de esta automática se ejecutan además, las órdenes de desconexión de interruptores, órden de recierre, órden de la Teleprotección, bloqueos por fallas de potenciales, etc. Por otro lado las condiciones de explotación del sistema electroenergético exigen que los esquemas de protecciones sean dotados de órganos operativos para el personal de explotación, los cuales le permitan el bloqueo o puesta en servicio de funciones de estos esquemas según necesidades de los despachos de carga, controladores de las operaciones del sistema electroenergético. Estos órganos operativos también forman parte de los elementos de automática a incorporar. En la revisión realizada al estado del arte sobre el tema se observa una tendencia en la producción mundial de protecciones para líneas de transmisión, de fabricar proyectos típicos de ingeniería, listos para ser puestos en servicio. En estos proyectos la protección es un relé digital multifunciones, con la automática incorporada internamente, formando parte del hardware del relé. Estas ofertas son más caras y de acuerdo al pedido realizado se incorpora o no en el panel un segundo relé digital que cumple función de Redundancia y los órganos operativos tales como llaves y bloques de pruebas. La solución dada por el proyecto ejecutivo a esta problemática consistió en montar los elementos de automática de los tres interruptores en un mismo panel, adicional al de protecciones, para lo cual se adjuntaron los diseños del montaje a ejecutarse en obra, con la ubicación de los elementos a instalar, conexiones internas entre elementos y conexiones externas. (Ver planos en anexos #17). Esta solución fue evaluada en obra y se detectaron los siguientes inconvenientes: Poco práctica, con peligros de disparo, con riegos y atención técnica complicada.

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Estas dificultades llevaron a la necesidad de buscar respuesta a las interrogantes ¿Cómo realizar en el futuro las actividades de mantenimiento y solución de defectos en el esquema de automática de un interruptor, sin peligro de disparo, con todos los elementos de automática de los tres interruptores montados en un mismo panel? ¿Cómo evitar, por razones de cercanía y semejanzas, confusiones del personal de explotación a la hora de manipular órganos operativos de un determinado interruptor? ¿Será posible encontrar otra variante que permita el cumplimiento del objetivo propuesto sin que estén presentes los inconvenientes señalados? La respuesta a estas interrogantes y otras implementaciones fueron dadas con la realización del presente trabajo.

1.2 Metodología del trabajo realizado

El análisis permitió sostener la siguiente hipótesis: Si la orden de operación de la protección digital puede enviarse, al otro extremo de la línea en fallo, simultáneamente por los dos canales de la Teleprotección, es posible simplificar el esquema de automática de esa protección y disminuir el tiempo de actuación en la limpieza de las fallas del otro extremo La estructura metodológica del trabajo es: Objeto analizado Proyecto ejecutivo de Cambio de protecciones de las líneas de transmisión de 220 kV de la subestación de Felton Campo de acción Los esquemas de Automáticas para las protecciones de la subestación. Objetivo general:

1. Analizar el proyecto ejecutivo de Cambio de protecciones para evaluar la fiabilidad del proyecto, la secuencia de ejecución de los trabajos de puesta en servicio y la atención técnica futura en las condiciones de explotación de la Subestación

Objetivos específicos:

1. Describir los inconvenientes existentes en el proyecto ejecutivo de cambio de las protecciones y establecer las soluciones

2. Validar la efectividad funcional de los modelos diseñados en obra, y evaluar su

generalización

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CAPITULO II. PROBLEMAS Y SOLUCIONES

2.1 Introducción

Todos los trabajos que se describen fueron realizados en la subestación de 220 kV de Felton. Esta instalación sirve como medio de enlace entre la central termoeléctrica (2x250MW) y el resto del sistema electroenergético. La Subestación es de tecnología Checa, del tipo de doble barra, con barra de desvío y está compuesta por seis campos, marcados de la siguiente manera: Campo 1: Entrada de la máquina #1 (Unidad #1) Campo 2: Línea de salida Felton – Cueto Campo 3: Campo de los potenciales Campo 4: Campo del interruptor combinado (Desvío- Enlace) Campo 5: Entrada de la máquina #2 (Unidad #2) Campo 6: Línea de salida Felton – Holguín El campo del interruptor combinado (Interruptor de Enlace-Desvío), ofrece la flexibilidad operativa requerida frente a las dificultades que pudieran presentarse. La configuración del esquema permite, a través de manipulaciones de cuchillas, que este interruptor pueda sustituir a cualquier otro interruptor de la subestación para cumplir su función en caso de averías o mantenimientos, sin necesidad de afectar el servicio, quedando el interruptor sustituido fuera de servicio para la realización de los trabajos. Cuando este interruptor no está siendo utilizado como desvío, es utilizado como enlace de barras. Para efectuar el cambio de protecciones se tomó como base al proyecto ejecutivo, elaborado por la UEB de proyecto de la empresa de transmisión ECIE-Habana, denominado “Cambio de protecciones de las líneas de 220 kV de Felton”. Este proyecto ejecutivo fue modificado en obra casi en su totalidad y a continuación se describen las intervenciones más significativas y los resultados logrados. En la práctica, las modificaciones se derivaron de un estudio profundo realizado a toda la documentación técnica de la subestación y del nuevo proyecto, para lograr los objetivos planteados. Para ello se tomaron como premisas las siguientes consideraciones: 1. Despejar todas las inconformidades contenidas en el proyecto ejecutivo y encontrar en

obra las soluciones más adecuadas 2. Realizar un intercambio con el proyectista y confrontar las inconformidades y las

soluciones propuestas 3. Ejecutar primeramente todos los trabajos que pueden realizarse sin necesidad de vías

libres, para acortar el tiempo de indisponibilidad del campo durante el cambio de sus protecciones.

4. Tomar medidas para no provocar alargamiento de plazos o afectaciones repetitivas al servicio de la subestación por causas de índole organizativas, asociadas a la secuencia de ejecución de los trabajos.

5. Realizar el cambio de protecciones pasando la línea por el interruptor de desvío para no afectar el servicio.

6. No bloquear protecciones de partes energizadas que ponga en riesgos la correcta operación de las instalaciones.

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7. Aprovechar las vías libres, a tomar para cambio de protecciones, para realizar paralelamente mantenimiento al resto de los esquemas del campo, tanto primario como secundario.

8. Dejar elaborada la instrucción de operaciones para la interacción del personal de explotación con las nuevas protecciones.

A continuación se relacionan los problemas fundamentales encontrados en el proyecto ejecutivo y las soluciones dadas en obra. Para ello se adoptan las siguientes definiciones: Situación general: Es la necesidad de proyección, es decir, finalidad a conseguir Solución dada en el proyecto: Es lo proyectado por la empresa de proyecto para obtener

esa finalidad Análisis realizado en obra: Descripción del problema detectado en el proyecto ejecutivo Modificación realizada: Solución generada en obra y ejecutada. Es el resultado de este

trabajo

2.2 Diseño de montaje y conexión de los elementos que conforman a la automática de cada relé digital

2.2.1 Solución #1.

Situación general: En el panel de protecciones suministrado solo se encontraban montados los tres relés digitales, sin los elementos de automática necesarios para el funcionamiento del esquema de cada protección. Por ello, surge la necesidad de incorporar a estos elementos en obra, tales como: relé auxiliares, bloques de pruebas, órganos operativos, diodos, borneras de conexión, etc (Ver foto en anexo #10) Solución de proyecto: Consistió en montar los elementos de automática de las tres protecciones en un mismo panel, adicional al panel de los relés digitales. Este panel se construiría en obra, según planos acompañantes del proyecto, que reflejan la posición de cada elemento en el panel, las conexiones de alambraje interno entre ellos, borneras de conexiones y la distribución de las conexiones exteriores. Análisis realizado en obra: La solución de proyecto, de realizar el montaje de los elementos de automática de las tres protecciones, en un mismo panel, presentó los siguientes inconvenientes:

1. Solución poco práctica: El cambio de las protecciones se realiza por campo (por interruptor), en condiciones de vías libres y pasando la línea por el interruptor de desvío para no afectar el servicio de la subestación. Por tanto, la solución de montaje dada por el proyecto resultó ser poco práctica debido a:

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1.1 No era posible la puesta en servicio de protecciones por separado: Si todo se

monta en un único panel, se requiere esperar por la gestión de completamiento del 100% de los recursos a utilizar en el esquema de automática de las tres protecciones, terminar los trabajos de colocación de esos recursos en el panel y alambrarlos entre sí, porque de poner al menos, una protección en servicio sin completar el panel, sería luego un peligro realizar trabajos como: Calar, Taladrar, montar, alambrar, etc.

1.2 Una vez montado el panel con el 100% de los recursos de las tres protecciones,

colocados, alambrados y puesta en servicio la primera de ellas, se requiere de permisos especiales del despacho para continuar, porque el panel estaría llevando funciones de la protección del interruptor en servicio y aún quedarían por realizar las actividades de comprobación de funcionamiento de los otros dos esquemas y la corrección de posibles errores.

2. Peligro de disparo: Una vez puestas en servicio las tres protecciones, en la práctica se

haría necesario en algún momento, incursionar en el panel, ya sea para la actividad de mantenimiento, solución de defectos, etc, del esquema de automática de alguno de los interruptores que aunque este se encuentre fuera de servicio, sus elementos estarán montados en el mismo panel donde se encuentran los elementos de dos interruptores en servicio, lo que representa un escenario propicio para que ocurra un disparo involuntario por error humano, caída casual de herramientas en partes energizadas del panel, etc.

En la práctica y especialmente en la actividad de protecciones, este tipo de error involuntario es muy común, lo que significa que es un hecho de alta probabilidad de ocurrencia.

3. Riesgos: En toda actividad eléctrica puede ocurrir por diversas causas, un incendio o

avería que involucre almenos, las partes cercanas. Si algo similar ocurriera en el panel propuesto por el proyecto, quedarían indisponibles los esquemas de protecciones de los tres interruptores de salidas de la subestación, hasta tanto sea resuelta la afectación, lo que significa la parada de los dos bloques de generación, por indisponibilidad de los esquemas de protecciones de las líneas de salida.

4. Atención técnica complicada: Se requiere una preparación adicional para no hacer

contacto con partes energizadas durante la realización de los trabajos de mantenimiento o cometer errores asociados a confusiones humanas por semejanzas entre elementos y cercanía entre ellos.

Modificación realizada: Se realizó en obra un nuevo diseño para el montaje de los elementos de automática de cada protección en paneles individuales, donde quedaron resueltos todos los inconvenientes relacionados anteriormente. El diseño o plano elaborado contiene la ubicación de cada elemento, con las conexiones internas entre ellos, borneras de conexiones exteriores y distribución del cableado exterior.

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En lo referente al nuevo cableado exterior, la modificación resolvió la falta de correspondencia que había entre el cableado exterior del proyecto ejecutivo y el resto de los esquemas de la subestación. Esta solución realizada aporta dos modelos de montaje. El modelo correspondiente a un panel de automática para los interruptores de línea y otro para un interruptor con funciones de Enlace-Desvío. En los nuevos modelos físicos construidos en obra, se definió una posición conveniente de sus elementos atendiendo a: ü Uniformidad del montaje de sus elementos ü Recorrido de las conexiones internas convenientemente ü Posición cómoda de los órganos operativos ü Fácil acceso de los cables exteriores a las borneras de conexiones externas ü Suficiente espacio para borneras de reservas ü Entrada de los cables de conexiones externas sin aglomeración ü Espacio en el panel para la colocación de nuevos elementos. ü Comprobación eléctrica del panel antes de su puesta en servicio.

Los resultados obtenidos con los modelos diseñados en obra son los siguientes:

1. Los modelos cumplen satisfactoriamente con la finalidad de la proyección. 2. Permiten la ejecución individual y secuencial de los trabajos de cambio de

protecciones (por campo) 3. En los modelos logrados en obra no están presentes ninguno de los cuatros

inconvenientes presentes en la variante del proyecto ejecutivo. 4. Los nuevos modelos son más ventajosos comparados con el diseño único del

proyecto, tanto desde el punto de vista estético, como por la sencillez lograda, lo que permite una mejor atención por parte del personal técnico para la actividad futura de mantenimiento y por parte del personal operativo a la hora de realizar las manipulaciones secundarias, al no encontrarse en el panel elementos de los otros esquemas.

5. El diseño de los nuevos modelos permitió solucionar convenientemente la falta de correspondencia de las conexiones externas del proyecto ejecutivo con el resto de los esquemas de la subestación.

6. El diseño realizado previó el montaje de todos sus elementos en la parte interna de un panel, lo que da mayor seguridad y protección contra la corrosión, polvo, etc.

7. En el panel de automática para una protección no están presentes los órganos

operativos de otras protecciones. En el diseño del proyecto ejecutivo esto podía derivar en confusiones

8. Los modelos diseñados en obra no requieren de cambios para su aplicación en otras

subestaciones.

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Esto significa que: 8.1. Pueden ser utilizado por la empresa de proyecto como diseños típicos de

montaje, para la puesta en servicio de proyectos, cuyas protecciones no traen la automática incorporada.

8.2 Ofrece las ventajas de lograr esquemas estándares para estos casos y los

beneficios que se derivan de esa condición.

8.3 Pueden ser previamente construidos y guardados en un almacén para ser utilizados posteriormente en la subestación que lo requiera, lo que habla de sus posibilidades de generalización.

8.4 Hay espacio para elementos de reserva que pueden ser utilizados para las

particularidades de cada subestación. En aquellas subestaciones que posean interruptores de operación monopolar se utilizarán los contactos libres de los relés finales y puntos libres de reservas de las borneras de conexiones para los circuitos de salidas de las otras dos fases

En los anexos #12 y #13 aparece la foto de los modelos diseñados y construidos en obra, correspondientes a los paneles actuales de automáticas, de las tres protecciones digitales puestas en servicio; dos interruptores de líneas y un interruptor de Desvío-Enlace. En la foto se observa que todos los relés auxiliares fueron montados en la parte superior del panel y la existencia de espacios previstos para cubrir otras necesidades futuras. Los órganos operativos quedaron montados en la parte central del panel, en una chapa de acero cortada convenientemente para el montaje de las llaves conmutadoras y el espacio requerido para su rotulado. Esta posición le permite al operador interactuar cómodamente con estos órganos operativos sin necesidad de adoptar posturas incómodas tales como agacharse o inclinarse para ver los rótulos y ejecutar las operaciones o revisiones durante los cambios de turnos. En la parte inferior del panel se ubicaron en un soporte horizontal las borneras de conexiones externas, a una altura que deja espacio suficiente para la colocación de todas las borneras del proyecto y futuras necesidades. La posición horizontal de estas borneras de conexión permitió la entrada de los cables exteriores sin aglomeración, porque los mismos pueden ser colocados justamente al lado conveniente según el punto de la bornera a donde serán conectados Los paneles de automática de los dos interruptores de líneas son idénticos, es decir, construidos por el mismo diseño. Al diseño elaborado para el interruptor de líneas, se le introdujeron las particularidades del interruptor Enlace-Desvío, obteniéndose el segundo diseño derivado del primero, mostrado en el anexo #13. La intención fue mantener sin cambios las cosas que son comunes entre ambos esquemas, lo que introduce una semejanza que ayuda a evitar errores por confusiones, facilitando la atención tanto por parte del personal de explotación, como por parte del personal técnico.

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La construcción realizada permite el acceso al panel por la parte delantera y por la parte trasera. En ambos lados fueron colocadas puertas de protección con cerradura de seguridad. En el anexo #14 puede verse una foto de los tres paneles en su posición de trabajo.

2.3 Esquema eléctrico de conexiones de las nuevas protecciones

El esquema eléctrico de conexiones de las nuevas protecciones responde al proyecto ejecutivo elaborado por la empresa de proyecto. En este esquema se realizaron las siguientes mejoras: 2.3.1 Solución #2.

Situación general:

El esquema de los interruptores posee dos circuitos de disparo, uno principal y el otro de reserva. La acción de actuación de las protecciones debe llegar al interruptor por ambos circuitos, previendo que si falla uno de ellos, se garantice la operación por el otro. Solución de proyecto: Se utilizaron dos contactos de un mismo relé de salida de disparo de la protección digital (Trip relay 1). Uno de los contactos acciona a un relé auxiliar (РП1), para disparar al interruptor por los dos circuitos de disparo. El otro contacto del relé de salida de la protección digital actúa sobre el relé de salida de la protección carrier, para que este repita el disparo por el circuito de reserva.

Análisis realizado: Esta solución tiene los siguientes inconvenientes:

1. La acción de disparo de la protección digital hacia el interruptor depende totalmente del estado técnico de un único relé de salida de disparo de la protección (Trip relay 1)

2. Cuando la protección Carrier se encuentre fuera de servicio por alguna causa,

quedaría bloqueado su disparo hacia el interruptor, lo que significa que en esas condiciones la seguridad del disparo hacia el interruptor depende también del estado técnico del relé auxiliar (РП1).

Modificación realizada: En la protección digital se configuraron, con las mismas funciones que disparan al interruptor, dos relés de salidas, independientes (Trip relay 1 y Trip relay 3). Una salida (Trip relay 1) acciona al relé auxiliar (РП1) que dispara al interruptor por ambos circuitos de disparo y la otra salida (Trip relay 3) acciona simultáneamente a otro relé auxiliar, que también disparará al interruptor por ambos circuitos de disparo, sin ninguna relación con la protección Carrier. Para ello en el panel de automática asociado a cada protección, se adicionó el segundo relé auxiliar

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para el disparo, marcado como РП2. Ambos relés de disparo son de acción rápida del tipo РП-222. Los resultados obtenidos por la aplicación de esta modificación son los siguientes:

1. La modificación realizada cumple satisfactoriamente con la finalidad de la proyección 2. Mayor fiabilidad de los esquemas de disparo de las protecciones digitales.

2.3.2 Solución #3.

Situación general: Para conseguir el disparo rápido de ambos extremos de las líneas, se instala en cada extremo un panel de Teleproteción. En caso de que falle la señal de desconexión por Teleprotección entre las subestaciones de los extremos de la línea en fallo, motivado por defectos en el canal de comunicaciones asociado a dicha línea, se conmuta la orden para el canal de comunicaciones de la otra línea y se reenvía a través de las líneas que conforman los otros dos lados del triángulo. Solución de proyecto: Para la conmutación de la orden de disparo por Teleprotección, del canal de comunicaciones de una línea para el canal de comunicaciones de la otra línea, se utilizó un relé de dos posiciones del tipo РП-8, alimentado de la misma tensión operativa de la protección carrier. Análisis realizado: Esta solución tiene los siguientes inconvenientes: 1. Cuando sea necesario trabajar en el esquema de la protección carrier que implique retirar

la alimentación operativa, se afecta la función de teleprotección de las líneas. 2. La necesidad de conmutación hacia el otro canal de comunicaciones debe ser evaluada y

ordenada internamente por el equipo de comunicaciones asociado a la línea donde no se hizo efectiva la comunicación. Si esa falla de comunicación ocurre por defecto surgído en el propio equipo de comunicaciones (OPD1, OPD2), en dependencia del tipo de defecto pudiera quedar incapacitado para que sus circuitos hagan efectiva la conmutación hacia el otro canal; ejemplo, por falla en la fuente de alimentación de ese canal de comunicaciones, por falla en el propio relé de conmutación, etc, lo que significa que no habrá disparo rápido en uno de los extremos

3. La acción de conmutación de un canal hacia el otro requiere de un tiempo y una vez hecha

efectiva será necesario esperar que se produzca la operación del relé exterior (del tipo РП-8) encargado de desviar los circuitos de salida de la protección hacia el canal que ejecutará la salida de Teledisparo, es decir, el proceso de conmutación alarga el tiempo de disparo, resultando un tiempo total mayor que el prefijado por las condiciones de estabilidad reflejado en el anexo #1.

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Modificación realizada: Por cuanto, la función de Teleprotección se requiere para operar solamente con la protección digital, sus circuitos de entradas y salidas se pasaron para la misma tensión operativa que alimenta a dicha protección. De esta forma si no está disponible la protección digital por razones de mantenimiento u otra causa, no tiene sentido la función de Teleprotección Para la alimentación general del panel que contiene a los equipos de comunicaciones se utilizó una alimentación independiente y doblemente asegurada, previendo que este no sea afectado por vías libres en alguna de las secciones de barras de corriente directa. El esquema de la función de teleprotección fue completamente rediseñado en obra. Como la configuración de la red es un triángulo formado entre las subestaciones Felton-Cueto-Holguín, la modificación realizada garantiza que la señal de tele disparo hacia la subestación que gobierna el otro extremo de la línea en fallo, sea enviada de manera simultánea por la línea en fallo y por la línea sana, independientemente del estado del canal de comunicaciones. Cuando ocurre el evento se envía una orden A por la línea en fallo y una orden B por la línea sana. La subestación adyacente que recibe la orden B la convierte en una orden C y la renvía por el otro lado del triángulo como orden de disparo hacia la subestación del extremo involucrado en el fallo. El esquema de Teleproteción diseñado en obra puede verse en el anexo #18. En la foto del anexo #10 puede verse parte de esta modificación realizada dentro del panel de la Teleprotección. El resto de la modificación quedó montada en el panel de automática de cada protección respectivamente. Los resultados obtenidos por la aplicación de esta modificación son los siguientes:

1. La modificación realizada cumple satisfactoriamente con la finalidad de la proyección 2. Se logra disminuir el tiempo total de limpieza de la falla al no tener que utilizar el relé

de conmutación. 3. Mayor simplicidad del esquema de Teleproteción, debido a que el relé tipo РП-8

eliminado del esquema, constructivamente es complicado, tanto en su ajuste para la operación como en su mantenimiento.

4. El diseño logrado es más simple y más seguro con lo que se aumenta la fiabilidad del esquema de disparo rápido de las líneas.

2.3.3 Solución #4.

Situación general: Para la puesta en servicio y puesta fuera de servicio de funciones implementadas en los esquemas de protecciones, así como la conmutación de los circuitos de corrientes y voltajes, es necesario prever la instalación de órganos operativos, a través de los cuales el personal de explotación ejecute las operaciones.

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Solución de proyecto: Para la puesta en servicio y puesta fuera de servicio de funciones del esquema de protecciones el proyecto previó la instalación de conmutadores de placas, del tipo llamado naclatka Análisis realizado: Usualmente este tipo de conmutador es el que se utiliza en los esquemas tradicionales de protecciones de tecnología de la antigua URSS para cumplir funciones operativas, pero en este nuevo proyecto de protecciones, en la mayoría de los casos (ver planos de esquemas), una de sus patas de conexiones queda conectada directamente al potencial de la tensión de alimentación (220 Volts de CD). El problema consiste en que las partes activas de esos conmutadores son desnudas y durante su manipulación el operador queda expuesto a tocar con los dedos sus partes energizadas, lo que resulta muy peligroso para la vida del personal. Modificación realizada: Los conmutadores propuestos en el proyecto fueron sustituidos por llaves de conmutación del tipo ПMΦO. El montaje de este tipo de conmutador se realiza atornillando su parte metálica al chasis conectado a tierra y el operador lo acciona a través de su clavija en la parte delantera del panel diseñado en obra (ver solución #1). Las partes energizadas del conmutador quedan en la parte trasera del panel y cubiertas por su tapa aislante, donde el operador no tiene acceso. Ver anexo #12 y #13 Los resultados obtenidos por la aplicación de esta modificación son los siguientes:

1. La modificación realizada cumple satisfactoriamente con la finalidad de la proyección 2. La operación se realiza más confiable, más cómodo y más rápido 3. La operación se realiza sin peligro para la vida de los operadores.

2.3.4 Solución #5.

Situación general: Si durante un proceso de falla, un interruptor es mandado abrir por orden de su protección y este no opera, es una práctica de proyecto prever una automática de reserva para disparar automáticamente al resto de los interruptores conectados a la misma barra colectora en que se encuentre conectado el interruptor que falló. Esta automática se conoce con el nombre de UROF, que en español significa ´´Disparo de Reserva del Interruptor´´. Normalmente se le pone un ajuste de tiempo de operación de 0.3 segundos Solución de proyecto: El proyecto previó una salida de disparo temporizada en cada relé digital para disparar a la barra donde se encuentre conectado el interruptor que falle, a través del relé final de la Protección Diferencial de Barras de la subestación. Para ello la salida del relé digital se deriva

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en dos caminos por donde pasará la señal para el disparo de la barra asociada al fallo, la cual se determina a través de un contacto repetidor de la posición cerrada de la cuchilla de barra, donde se encuentre el campo en servicio Análisis realizado: La solución dada en el proyecto, no procede para la subestación de Felton, porque la Protección Diferencial de Barras (PDB) no es igual que en otras subestaciones. Esta PDB es atípica y no posee un rele de disparo general para cada barra. El disparo desde la PDB se produce enviando la señal de salida de esta a los relés finales de cada campo, a través de contactos conectados en serie de un repetidor de la cuchilla de barra a la cual se encuentra conectado el campo y contacto de un relé de sobrecorriente existente en cada campo. El ajuste del relé de sobrecorriente es alto, es decir ajustado para fallas en barra y para la UROF se necesita sensibilidad a lo largo de toda la línea de transmisión. Según lo proyectado, a la salida de la función UROF del relé digital para el Enlace de Barras, si se produce la operación de la UROF en cualquiera de los dos interruptores de las líneas, estando el Enlace de Barras cerrado, aunque este último abra, se produciría el disparo de ambos sistemas de barras. Con esta acción se pierde la generación de los dos bloques de generación. Por cuanto los relés digitales de las líneas traen incorporada internamente la función UROF, quedó sin solucionar en el proyecto la asistencia mutua entre la función UROF de estos relés digitales y la existente en la subestación para los interruptores de los generadores. Modificación realizada: La función UROF de los relés digitales de las líneas y la existente en la subestación para los Generadores resultaron ser incompatibles. En ambos se consigue la misma finalidad, pero por métodos diferentes. Por ello, surge la necesidad de diseñar en obra un esquema que garantice la interacción mutua entre las funciones UROF de todos los interruptores de la subestación. La solución consistió en diseñar en obra un esquema para la UROF general de la subestación, que reemplazó al existente de los generadores. El diseño garantiza la interacción mutua entre la función UROF de todos los interruptores, quedando separado del esquema de la Protección Diferencial de Barras. En el nuevo diseño la salida de operación de la UROF de los generadores se dividió también en dos partes, para hacerla compatible con lo proyectado para la función de los relés digitales. De todo el conjunto, una de las partes está destinada a disparar a la barra 1 y la otra parte a la barra 2. La salida de disparo temporizada de las protecciones digitales que operan con las líneas llegan a las dos partes según lo realizado en el proyecto ejecutivo, a través de un contacto normalmente abierto (NA) de un relé repetidor de la posición cerrada de la cuchilla de barra 1 para la parte 1 y un contacto normalmente abierto (NA) de un relé repetidor de la posición cerrada de la cuchilla de barra 2 para la parte 2.

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El relé digital de línea elabora su salida para el disparo de la barra, evaluando internamente las siguientes condiciones:

• Efectuada la operación del relé final de disparo de la protección digital • Sobrecorriente en el campo • Permanencia del interruptor en posición cerrada 0,3 segundos después de ser emitido

el impulso de disparo. Para solucionar la incorporaración de los interruptores de los generadores al esquema de la UROF, de forma compatible con la función UROF de los relés digitales de las líneas, se utilizó a un relé digital existente tipo 7UT512, el cual se encuentra conectado como protección diferencial del tramo entre los TC de los bushing de 220 del transformador de bloque y TC de su campo de 220 de la subestación. Este relé poseía disponible (sin uso) una función de sobrecorriente ajustable, la que se escogió para evaluar la condición de sobrecorriente en el campo del generador por el lado de 220 y se le asignó un retardo de tiempo para elaborar una salida de operación. Para evaluar la posición del interruptor se montó un relé auxiliar externo y de él se insertó en el esquema de la UROF un contacto NA. El relé auxiliar quedó gobernado por un contacto NA del interruptor y por la misma tensión de la UROF, es decir un relé repetidor de la posición cerrada del interruptor. La salida temporizada del relé diferencial 7UT512 se condicionó al estado de dos entradas binarias del propio relé. Ambas entradas binarias reciben como información la operación de los relés finales donde descargan todas las protecciones del bloque de generación, con lo que se libera la medición de corriente para la evaluación. Si la función de sobrecorriente opera, se inicia el conteo de tiempo ajustado a 0.3 segundos para dar una salida de desconexión, la que pasa por el controlador de la posición cerrada del interruptor y posición cerrada de la cuchilla de la barra donde se encuentra conectado el campo. Este diseño elaborado en obra prevé que cuando el generador se encuentre por el interruptor de desvío, la UROF que estará en función será la de la protección digital 7SA513 del desvío, por lo que dicho esquema fue complementado con una condición de arranque externo, generado por la operación de los relés finales donde descargan todas las protecciones del bloque para el campo del desvío, es decir, como en condiciones de desvío del generador, todas las funciones de protecciones del relé digital 7SA513 quedan bloqueadas por carta de ajuste, excepto la UROF, con el diseño realizado la condición de liberación de la UROF de este relé se consigue con la operación de los relés finales del campo del desvío accionados por las protecciones del bloque desviado. A la salida del disparo UROF de la protección digital del Enlace-Desvío se cambio lo realizado por el proyecto ejecutivo y se definio una combinación adecuada de los fijadores de barras, para que no se disparen ambos sistemas de barras cuando actua la UROF de los interruptores de las líneas, si el Enlace se encuentra cerrado, es decir, para que solo dispare al sistema de barra asociada a la falla y quede en servicio la barra sana. En el nuevo diseño, si actua la UROF del interruptor Enlace de barras, se mantiene como filosofía el disparo de ambos sistemas de barras, lo cual para esa condicion es correcto. El esquema de la UROF diseñado en obra aparece en el anexo # 19, el cual contiene cinco hojas de dibujo (una hoja para cada interruptor)

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Los resultados obtenidos por la aplicación de esta modificación son los siguientes:

1. La modificación realizada cumple satisfactoriamente con la finalidad de la proyección 2. Se obtiene un esquema integral para la función UROF de la subestación con la

asistencia mutua entre los esquemas de la función UROF de todos los interruptores 3. Se obtiene un esquema UROF de la subestación sin ninguna dependencia del

esquema de la Protección Diferencial de Barras, lo que aumenta considerablemente la confiabilidad del esquema de Disparo de Reserva de la subestación.

4. Se le dio solución a la dificultad encontrada en el circuito de salida de la función UROF del relé digital del interruptor Enlace de Barras, con lo que se evita el disparo incorrecto de ambos sistemas de barras y con ello la salida incorrecta de ambas unidades de generación.

2.3.5 Solución #6.

Situación general: Las nuevas protecciones necesitan para su funcionamiento la información del estado cerrado de su interruptor. Solución de proyecto: Se tomó la información a través de un contacto libre de un relé repetidor de la posición cerrada del interruptor, existente en otro esquema (esquema de señalización) Análisis realizado: El esquema de protecciones y el esquema de señalizaciones tienen finalidades distintas y la solución dada en el proyecto presenta la dificultad que cuando por alguna causa el esquema de señalización sea afectado, se afecta también el esquema de protecciones. Modificación realizada: En el panel de la automática de cada protección, se montó un relé auxiliar adicional, repetidor de la posición cerrada del interruptor y gobernado por la tensión del circuito de control del interruptor (f+1.0). Para la operación de este relé auxiliar se utilizó un contacto libre NA del interruptor. La información de posición cerrada del interruptor es enviada, a través de un contacto NA del relé auxiliar, a la misma entrada binaria del relé digital elegida por el proyecto. El relé auxiliar utilizado es de acción rápida del tipo РП-222.

Los resultados obtenidos por la aplicación de esta modificación son los siguientes:

1. La modificación realizada cumple satisfactoriamente con la finalidad de la proyección 2. Se evitan afectaciones al esquema de las protecciones por incidentes que ocurran en

el esquema de señalización.

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CAPITULO III ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

3.1 Análisis técnico

El análisis se fundamenta mediante la comparación entre los resultados que se hubieran obtenido con la aplicación del proyecto ejecutivo sin modificar y los resultados obtenidos derivados de las modificaciones introducidas en obra a este proyecto. Como elementos comparativos se utilizan solamente aquellos que resultan determinantes para el cumplimiento del objetivo propuesto, es decir, lo relacionado con:

1. Montaje y puesta en marcha del proyecto 2. Operación final del proyecto

El resto de las modificaciones, soluciones y mejoras no mencionados en el trabajo quedan reflejados en los planos y descripción técnica del proyecto final. Si se hubiera realizado el montaje y puesta en marcha de los elementos de automática para el funcionamiento de las protecciones por la variante propuesta en el proyecto ejecutivo, la evaluación integral de la operación final del proyecto hubiera sido otra, menos conveniente, para el sistema. Esta variante no consideró las condiciones reales de puesta en marcha y explotación, quedando expuesta a las posibilidades que se describen en el trabajo, de afectaciones al servicio durante la incursión tanto del personal de explotación como del personal técnico. Por otro lado, independientemente del grado de fiabilidad final que se hubiera conseguido con la variante del proyecto ejecutivo, este presentó falta de correspondencia de sus circuitos de conexiones externas con el resto de los esquemas existentes en la subestación, lo que obligó a introducir modificaciones y nuevas soluciones para lograr el objetivo del proyecto. Las modificaciones realizadas al proyecto, en obra, permitieron una solución de montaje técnicamente más conveniente y en sus concepciones se introdujeron las correcciones hasta el nivel de detalle para la adecuada conexión del esquema de protecciones y automáticas con el resto de las partes de la subestación. Se realizó el completamiento de otras necesidades de la subestación, no tenidas en cuenta por el proyecto, que causaron cambios como resultado de la introducción de la nueva tecnología, como es el caso del esquema de la UROF de los interruptores de los generadores (ver capítulo 2). . Como resultado final del trabajo realizado se relacionan los siguientes: 1. Se logró la finalidad del proyecto 2. Se consiguió un aumento considerable en la fiabilidad del proyecto al eliminar situaciones

indeseadas que podían afectar a la continuidad del servicio. 3. Se consiguió disminuir aún más, el tiempo final de operación en la limpieza de las fallas ,

debido a la eliminación de las operaciones de conmutación de un canal de teleprotección hacia otro y la eliminación de los relés de conmutación tipo РП8

4. Se resolvieron las incompatibilidades del proyecto con los esquemas existentes en la subestación.

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5. La operación del proyecto modificado valorada en el transcurso de un año ha sido excelente y en su evaluación se tuvo en cuenta el cumplimiento de los dos aspectos siguientes:

4.1 Funcionamiento eléctrico lógico de todos los esquemas de la subestación

4.2 Tiempo de limpieza de fallas reales ocurridas en las líneas de salida de la

subestación, dentro del rango de tiempo exigido como condición necesaria para ayudar a mantener la estabilidad de las unidades de generación.

Todos los esquemas de la subestación fueron sometidos a pruebas de comprobación del funcionamiento eléctrico lógico antes de la puesta en servicio de las nuevas protecciones y comprobada la correcta operación de los mismos a través de registros obtenidos por los propios relés digitales instalados, que muestran el comportamiento de los esquemas y el tiempo total desde que inició la falla hasta que ocurrió la operación del interruptor. Estos registros aparecen en el anexo #1 y corresponden a eventos de fallas reales, ocurridos en las líneas de salida de la subestación en el transcurso de un año de explotación, por lo que constituyen la validación empírica del correcto funcionamiento de los esquemas y cumplimiento del requisito de tiempo exigido para la operación; Lo que se corresponde con el cumplimiento de los objetivos del proyecto

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3.2 Análisis económico

Desde la puesta en servicio de las protecciones rápidas hasta la fecha han ocurrido 6 eventos de fallas en las líneas de salida de la subestación de Felton, que significaron una fuerte perturbación para las unidades de generación. Gracias a la velocidad de respuesta de las nuevas protecciones y el correcto funcionamiento de sus esquemas estas fallas no afectaron a la generación como anteriormente ocurría; Lo que constituye la certificación del valor económico de los trabajos realizados, al resultar acertada la efectividad del proyecto en ayudar a mantener la estabilidad de las unidades de generación en condiciones de fallas. En la tabla siguiente se relacionan estos eventos de fallas ocurridos después de efectuado el cambio de las protecciones y en los anexos #2 al #6 se reflejan las particularidades de cada evento.

Datos de la falla ocurrida Afectación a la generación de la CTE Fecha Hora Lugar Unidad

desconectada

Tiempo de afectación [Horas]

Energía dejada de

servir [MW/H]

Potencia desconectada [MW]

27-02-05 16. 23 Falla en la línea Felton-Holguín - - - -

10-04-05 05.19 Falla en la línea Felton-Holguín - - - -

10-04-05 06.18 Falla en la línea Felton-Holguín - - - -

05-05-05 08.03 Falla en la línea Felton-Cueto - - - -

01-06-05 13.37 Falla en la línea Felton Holguín - - - -

La determinación del valor cuantitativo del presente trabajo se realiza comparando el comportamiento de los bloques de generación frente a los 6 eventos de fallas reales ocurridas en las líneas de salida de la subestación posterior al cambio de las protecciones, con los resultados históricos archivados de eventos similares ocurridos en las líneas antes de realizar el cambio de las protecciones, cuya influencia provocaron la salida de servicio de las unidades de generación, hechos que hoy se convierten en ahorro debido al correcto funcionamiento del proyecto de las nuevas protecciones instaladas. Cuando ocurre el disparo de un bloque de generación, siempre que el SEN tenga reserva de Potencia en otras CTE, se produce una redistribución de la potencia perdida entre las demás unidades del mismo para cubrir la demanda, este es el caso de menor afectación económica y social. En nuestro caso partimos del hecho de que exista suficiente potencia de reserva en otras unidades y que estas son capaces de asumir rápidamente la potencia desconectada en Felton. Se debe considerar que el costo de la producción de energía eléctrica varia de una unidad a otra en dependencia de su eficiencia energética y del combustible utilizado para la generación; así se da el caso de unidades que tienen mayor eficiencia energética que los

25

bloques de Felton, pero que utilizan combustible mas caros y por tanto sus costos son mayores y otras menos eficientes con combustibles mas baratos que tienen menores costos. Para el cálculo económico, los consumos de combustibles lo analizaremos referidos a combustible equivalente, de forma tal que permita una comparación entre unidades que utilizan combustibles diferentes. La distribución de la generación se hace atendiendo a la confiabilidad y la economía de las unidades fundamentalmente, además de otros factores técnicos de las redes de transmisión, como se muestra en las tablas siguientes. Los cálculos se realizan a partir de los promedios de datos históricos de la CTE y de la UNE. Para ello, los indicadores que utilizaremos como elementos comparativos para la evaluación son los siguientes: Ø Consumo especifico neto(CEN) Ø Costo del Mw generado(Costo/Mw)

26

Estructura de Carga del SEN con las 2 Unidades de Felton en servicio

CTE Pot Disp

Carga Inicial

Reserva Consumo Costo Costo/Mw CEN

Mw/h MW/h Mw/h Toneq/h $/h $/Mw g/Kwh Felton 410 380 30 104 13737 36.15 273.3 Mariel 300 230 70 75 8575 37.28 326.8 E Habana 196 182 14 56 6398 35.15 308.1 Guiteras 280 217 63 54 9404 43.34 248.2 Cespedes3y4 253 201 52 52 9160 45.57 261.0 10 de Oct 278 208 70 65 8030 38.61 311.5 Rente 248 166 82 53 6526 39.31 317.2 Céspedes 1y2 44 16 28 6 1048 65.48 375.0 Marti 26 20 6 7 1287 64.36 368.6 R Martínez 11.6 3 9 1 216 72.02 412.5 OParellada 40.8 27 14 9 1573 58.27 329.9 Regla 5.7 1 5 0 80 80.33 454.8 F País 5.4 3 2 1 244 81.21 459.8 San José 47.2 0 0 0 0 0.00 0.0 Rincón 13.2 0 0 0 0 0.00 0.0 Manzanillo 15 0 0 0 0 0.00 0.0 UNE 2173.9 1654 520 484 66278 40.07 292.8 Redistribución de la Carga al salir de servicio una Unidad de Felton

CTE Pot Disp Carga Final

Reserva Consumo Costo Costo/Mw CEN

Mw/h MW/h Mw/h Toneq/h $/h $/Mw g/Kwh Felton 210 190 20 52 6868 36.15 273.3 Mariel 300 260 40 85 9694 37.28 326.8 E Habana 196 185 11 57 6503 35.15 308.1 Guiteras 280 250 30 62 10834 43.34 248.2 Cespedes3y4 253 210 43 55 9570 45.57 261.0 10 de Oct 278 220 58 69 8494 38.61 311.5 Rente 248 210 38 67 8256 39.31 317.2 Céspedes 1y2 44 44 0 17 2881 65.48 375.0 Marti 26 26 0 10 1673 64.36 368.6 R Martínez 11.6 10 2 4 720 72.02 412.5 OParellada 40.8 40 1 13 2331 58.27 329.9 Regla 5.7 4 2 2 321 80.33 454.8 F País 5.4 5 0 2 406 81.21 459.8 San José 47.2 0 0 0 0 0.00 0.0 Rincón 13.2 0 0 0 0 0.00 0.0 Manzanillo 15 0 0 0 0 0.00 0.0 UNE 1973.9 1654 320 493 68551 41.45 298.3 Diferencia 200 0 200 9 2273 1.37 5.6

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Distribución de la potencia Generada por las CTE antes y después del disparo de una unidad de Felton

020406080

100120140160180200220240260280300320340360380

Felton

Mariel

E Habana

Guiteras

Cesped

es3y4

10 de O

ctRente

Cespedes

1y2

Marti

R Mart

inez

OParella

daReg

laF Pais

San Jo

se

Rincon

Mzllo

Carga Final

Carga Final Carga Inicial

28

0

20

40

60

80

100

120

Felton

Mariel

E Hab

ana

Guiteras

Cesped

es3y

4

10 de O

ctRen

te

Cesped

es 1y

2 Mart

i

R Mart

inez

OParella

daReg

laF Pais

San Jo

se

Rincon

Mzllo

Consumo Inicial

Ton eq/h

CTE

Estructuara del consumo de Combustible para la generacion antes y despues del disparo de una unidad de Felton

Consumo Inicial Consumo final

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Analizando los datos de las tablas y los gráficos se observa que al ocurrir la desconexión de una de las unidades de Felton, en el SEN se producen cambios en la estructura de la generación, estos cambios conllevan a variaciones en el consumo de combustible equivalente y en el costo de producción de la electricidad en el sistema en su conjunto, debido a que en ese momento surge la necesidad de aumentar la producción en unidades que son menos eficientes o que utilizan combustibles mas caros, por tanto al evitarse la desconexión de una unidad se evita que el país incurra en gastos adicionales para garantizar cubrir la demanda de los consumidores. Al salir de servicio una de las unidades de Felton el consumo de combustible del SEN se incrementa en 9 Toneladas de combustible equivalente por hora para cubrir la misma demanda, el incremento del consumo especifico neto es de 5.6 g/Kwh generado y el incremento del costo de producción es de 1.37 USD/Mw generado. Tomando a estos elementos como base para el cálculo y agregando los tiempos medios históricos de interrupción del servicio por las diferentes causas y la cantidad de eventos ocurridos después del cambio de protecciones que no conllevaron a la salida de las unidades, el resultado obtenido podemos tomarlo como beneficio económico de este trabajo por concepto de ahorro. Además, a los efectos del cálculo económico es de vital importancia también considerar los gastos de portadores energéticos adicionales en que incurre la entidad (CTE de Felton) para el restablecimiento de la unidad desconectada hasta las condiciones normales de operación. Para este cálculo solo tendremos en cuenta los gastos de combustible y electricidad. Los gastos de productos químicos, agua, gas propano butano y otros insumos no lo tendremos en cuenta debido a que, aunque son importantes, no son representativos en nuestro caso.

30

3.2.2 Cálculo de la afectación en el costo de producción del SEN al perderse la

generación de una Unidad de Felton.

Datos para el Cálculo:

ü Tiempo promedio de Indisponibilidad por evento: 4 horas

ü Total de eventos: 6

ü Incremento del costo de producción en el SEN: 1.37 USD/Mwh.

ü Demanda Promedio a servir (Producción): 1654 MW.

• Energía a servir con afectación de Costo por evento: 1654 x 4h = 6616 MWh

• Costo adicional producción = Incremento costo de producción x Energía a servir =1.37 USD/Mw x 6616 Mw = 9063.92 USD • Gastos adicionales totales = Costo adicional por evento x Cantidad de eventos = 9063.92 USD x 6 = 54383,52 USD 3.2.3 Cálculo del costo para el restablecimiento de la Unidad al SEN. Datos para el Cálculo: ü Consumo de combustible, por evento, hasta la sincronización de la unidad:18 Ton ü Consumo especifico neto de combustible, desde que sincroniza al SEN, hasta que llega a

la potencia mínima técnica (CEN arranque): 976 g/kwh ü Consumo especifico neto para la potencia mínima técnica (CEN Pot mínima): 292 g/kwh ü Potencia mínima técnica: 125 MW ü Generación Neta desde la sincronización hasta el mínimo técnico (Gen Neta min): 111 Mw ü Incremento del costo de producción en el SEN: 1.37 USD/Mw ü Demanda servida en el SEN: 1654Mw ü Precio Combustible: 76 USD/ ton

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3.2.3.1 Cálculo del costo del combustible que se consume durante el nuevo arranque de la unidad hasta el momento de la sincronización.

• Sobreconsumo de combustible = 0.001 x(CEN arranque – CEN Pot min)xGen Neta min = 0.001 x (976 g/kWh - 292 g/kWh) x 111 Mwh

= 75.9 Toneladas equivalentes Toneladas = Toneladas equivalentes / 0.9352 • Sobreconsumo para un arranque = 75.9 / 0.9352 = 81.1 toneladas • Consumo total de un arranque = Consumo hasta sincroniz. + Consumo hasta Pot.

Mínima Técnica = 18 ton + 81.1 ton = 99.1 toneladas El combustible utilizado en la CTE de Felton es el FC 650 el cual le cuesta al país 76 USD/ton • Costo del combustible en un arranque = Consumo total de un arranque x Precio

Combustible = 99.1 ton x 76 USD/ton = 7531.6 USD 3.2.3.2 Cálculo del costo de la energía eléctrica que se consume durante el

nuevo arranque de la unidad hasta el momento de la sincronización. Datos para el Cálculo: ü Tiempo de consumo de energía, desde el SEN (TCES): 4horas ü Carga de consumidores externos: 1 Mw ü Promedio de la energía de consumo (PEC): 14 Mw • Energía consumida durante el arranque = PEC x TCES = (14 –1) x 4 = 56 Mw/h Nota: El cálculo del costo de la energía eléctrica se efectúa según lo descrito en el ‘’manual

de aplicación de tarifas eléctrica’’ para consumidores de nuestra categoría (Alta tensión. ver página 1-5 y 11-12 del manual)

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A. TARIFA PARA CONSUMIDORES DE ALTA TENSION APLICACIÓN: Se aplica a los servicios de todos los consumidores alimentados por una

subestación exclusiva cuyo voltaje primario sea de 110 Kv ó superior y aquellos que se alimenten de una subestación exclusiva cuyo voltaje primario sea de 34.5 Kv, su demanda máxima contratada de 1000 Kw o superior y se encuentren separados de la subestación de transmisión que los alimenta por unos 5 Km de línea. Se excluyen de este grupo a los centrales azucareros.

TARIFA $ 3.00 Mensual por cada Kw de demanda contratada durante el horario pico, comprendido

entre las 18:00 y las 22:00 horas. $ 0.08 por cada Kwh consumido en horario pico $ 0.04 por cada Kwh consumido en horario del día $ 0.02 por cada Kwh consumido en horario de la madrugada La tarifas eléctrica se reajusta mediante la aplicación del coeficiente K, el cual refleja los cambios que ocurren en el precio de los combustibles usados en la generación de electricidad con relación al utilizado como base (95.00 $/Ton). Para su determinación y se especifica igualmente a todo tipo de tarifa que así lo estipule, independientemente de la moneda de pago, de la siguiente forma: Se multiplicará el importe del cargo Variable por el coeficiente de ajuste por variación del precio del combustible (K) Para el cálculo exacto se define la estructura del combustible utilizado por el SEN en la generación de la energía consumida y se sustituye en la fórmula para determinar el factor K: 0.454 x (Precio Fuel) + 0.54 x (Precio Crudo) + 0.006 x (Precio Diesel) K = $ 95.00 Para facilitar el cálculo realizaremos las siguientes consideraciones: • Consideraremos que la energía ha sido consumida en el horario del día • Consideraremos que la energía ha sido generada con un solo tipo de combustible a un

costo de 95 USD / Ton • Consideraremos que el factor de potencia está dentro de los límites adecuado = 0.92 Por tanto: 1 x 95 K = 95.00 K= 1 • Costo de la energía consumida en el arranque = Consumo x Precio Kwh x K = 56 000 x 0.04 x 1 = 2240 USD

33

3.2.3.3 Cálculo del costo para la empresa por la salida de servicio de una

unidad. • Costo = Gasto en Combustible + Gasto en electricidad = 7531.6 + 2240 = 9 771. 6 USD Costo total para la empresa = Gastos por un evento x número de eventos = 9771. 6 x 6 = 58 629,6 USD 3.2.4 Cálculo del costo total a la economía. Costo Total = Gastos adicionales totales en el SEN + Gastos totales en la CTE por arranque = 54 383,52 + 58 629,6 = 113 013,12 USD La primera sincronización del bloque #2 de Felton ocurre en diciembre del 2000. Por esa razón las afectaciones a la generación por fallas en las líneas ocurridas antes de esa fecha, relacinadas en la tabla de la página 5, estan asociadas solamente al bloque número 1. Una vez que el bloque número 2 entra en servicio queda expuesto a las perturbaciones que ocurran en las mismas condiciones de afectación que el bloque 1, tal como ocurrió los días 22-01-2003 y 23-11-2003 recogidos en la tabla; es decir, cuando ocurre un evento en las líneas de salida de la subestación, la rápida operación de las protecciones favorecen a las condiciones de estabilidad de ambas unidades de generación. Todos los cálculos hasta ahora realizados están referidos a un solo bloque de generación. Para incluir al segundo bloque en los cálculos es suficiente multiplicar las cifras finales por dos, pues ambos bloques son idénticos, es decir, realizados por un mismo proyecto. Por tanto. El cálculo final del costo total para la economía sería 113 013,12 USD X 2 = 226 026,24 USD

Ahorro económico = 226 026,24 USD

34

3.2.5 Cálculo de los Gastos para la puesta en servicio de las nuevas protecciones.

Para la ejecución de los trabajos descritos en este volumen no fue necesario realizar ninguna inversión adicional, ni la compra de materiales o uso de herramientas del tipo especial, pues todas las modificaciones y soluciones se ejecutaron utilizando los mismos recursos previstos para el proyecto. Todos los trabajos fueron ejecutados en un tiempo aproximado de un mes por cada campo El componente fundamental de Gastos en la concepción de las modificaciones, preparación de las soluciones y ejecución de los trabajos de puesta en marcha fue el pago de salario por el tiempo de trabajo y dentro de este concepto lo siguiente:

• Pago del salario por el tiempo empleado en la preparación y ejecución de los trabajos hasta la puesta en explotación de las nuevas protecciones.

• Pago de la estimulación en divisa a base de $18 CUC por mes para el técnico de la CTE y $10 CUC para el técnico de la ECIE

Cálculo de los gastos.

Tarifa Horaria de los técnicos = $ 2.15 * 2 = $4.30 Tiempo de revisión y modificación del proyecto = 6 días = 48 horas. Tiempo de ejecución de los trabajos y realización de las comprobaciones de funcionamiento del campo para la puesta en servicio = 20 días = 160 horas Gastos en moneda nacional por los trabajos realizados en un campo G = $ 4.30 * (48 +160) = $ 894.40 Es decir: Gastos para la puesta en servicio protecciones de la línea L1 Gastos para la puesta en servicio protecciones de la línea L2 Gastos para la puesta en servicio protecciones del interruptor

enlace-desvío Gastos Totales en moneda nacional=G1 + G2 + G3= 894.40 + 894.40 + 894.40 = 2 683,2 pesos

G1 = 894.40 MN

G2 = 894.40 MN

G3 = 894.40 MN

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Gastos en divisa • Por concepto de estimulación = (18 + 10) x 3 = 84 CUC • Por concepto de inversión: Los relés digitales instalados le costaron al país 10 000

dolares cada uno, para un total de 30 000 dólares (por los tres relés digitales) • Gastos totales = 30 000 + 84 = 30 084 Dólares De lo dicho se deduce que el efecto económico de este trabajo es: • Efecto económico = Ahorro –Gastos =226 026,24 – 30 084 = 195 942,24 USD

Efecto económico = 195 942,24 USD

36

3.3 Conclusiones

El trabajo realizado encuentra utilidad práctica en la solución de puesta en servicio de

protecciones de nueva tecnología adquiridas convenientemente sin proyectos de ingeniería.

En ese sentido las soluciones descritas introducen un grado mayor de fiabilidad, derivado de

observaciones empíricas acumuladas durante el tratamiento con proyectos similares.

Las soluciones aplicadas han propiciado, de forma integral, la correcta instalación de estas

protecciones rápidas y en la práctica se ha comprobado su efectividad frente a eventos de

fallas reales, evitándose nuevas afectaciones y con ello la materialización del objetivo

planteado por la UNE.

El proyecto modificado lleva más de un año en servicio y en ningún caso se ha reportado

operaciones incorrectas de los esquemas, ni situaciones de averías en ellos, por lo que las

soluciones cumplen con las necesidades de explotación en la subestación y operaciones del

SEN.

El personal de explotación recibió conforme la capacitación complementaria que le permite

en la actualidad la adecuada interacción con las nuevas protecciones y sus esquemas

operativos. Igualmente todo lo concerniente a las nuevas protecciones ha sido reflejado en

las normas de operaciones.

El trabajo realizado aporta para la actividad de proyección los siguientes diseños mejorados:

ü Diseño mejorado para el montaje de los elementos de automática para el esquema de protecciones de un interruptor de línea

ü Diseño mejorado para el montaje de los elementos de automática para el esquema de

protecciones de un interruptor combinado Desvío-Enlace ü Nuevo diseño de un esquema de Teleprotección sin relé de conmutación ü Nuevo diseño de un esquema integral de la función UROF para una subestación, con

asistencia mutua entre las funciones de relés digitales de las líneas y la de otros interruptores que no lo poseen

37

BIBLIGRAFIA

1. “Electrical Engeeniering Handbook”, by Iriondo Barrenetxea Andoni, Universidad del

Pais Vasco

2. “Power System Stability and Control” by P. Kundur, California, Mc Graw-Hill, 1994

3. “Modernización de la subestación de 220 kV de Felton”. Menéndez Quesada Alberto,

datos no pub. Trabajo de forum de ciencia y técnica. Felton. 2002

4. “Aumento de la Estabilidad de la CTE Lidio Ramón Pérez durante los regímenes de

avería en el SEN”. Chaves Dominguez Reynaldo, et al, datos no pub. Trabajo de

forum de ciencia y técnica. Felton. 2004

5. “Estudio de estabilidad dinámica en las líneas de salidas de la CTE Felton”, Dpto de

regimenes del despacho nacional, datos no pub. Habana, 1998

• “Documentación técnica del proyecto PS 25.01 de la subestación 220 kV de felton”.

Skoda.

• “Documentación técnica del proyecto PS 25.02 de la subestación 220 kV de felton”.

Skoda

• “Documentación técnica del proyecto Protecciones y automática de las líneas de 220 kV

de la subestación de felton”. INEL

• “Documentación técnica del sistema de control ZAT 2000MP"

• “Documentación del fabricante de los relés digitales tipo 7SA513”. Siemens

• "Documentación técnica del panel de Teleprotecciones Dimat”. España

• “Documentación técnica de la protección Diferencial Comparadora de Fase tipo ДФΖ-

201”. URSS

• “Proyecto ejecutivo cambio de protecciones de la subestación de 220 kV de felton’’.

ECIE-Habana

38

ANEXO #1 ESTUDIO DE ESTABILIDAD DINAMICA EN LAS LINEAS DE SALIDA DE CTE. FELTON (TRIANGULO DE FELTON).

Como resultado del cambio de esquema que se prevé en la sección de referencia con la entrada en servicio de la segunda unidad de Felton, se hace necesario analizar nuevamente la sección desde el punto de vista dinámico. El nuevo esquema constituye un triángulo cuyos vértices son las SE de Felton220, Cueto220 y Holguin220 y sus lados lo constituyen las L/T a 220 kV siguientes: Felton-Cueto, Felton-Holguin y Holguin-Cueto. Fallas en el extremo de Felton. • Línea a 220 kV Felton-Cueto: tiempo crítico de disparo= 0.100 seg, no estando permitido un disparo

secuencial. Se permite un recierre trifásico con pausa no menor de 0.7 seg. • Línea a 220 kV Felton-Holguin: tiempo crítico de disparo = 0.110 seg., no estando permitido un disparo

secuencial. Se permite un recierre trifásico con pausa no menor de 0.7 seg. • Para fallas bifásicas a tierra el tiempo crítico de disparo es de 0.140 seg para las líneas que salen de Felton. Fallas en el extremo de Cueto. • Línea a 220 kV Cueto-Holguin: tiempo crítico de disparo =0.140 seg. no estando permitido un disparo

secuencial. Se permite un recierre trifásico con pausa no menor de 0.8 seg. • El tiempo crítico de disparo para fallas trifasicas en cualquiera de las líneas que salen de la SE Cueto es de

0.140 seg, y para fallas bifásicas a tierra es de 0.160 seg. Conclusiones. 1. De todo lo anterior se desprende la importancia de utilizar protecciones rápidas duplicadas en las líneas que

forman el triángulo (con tiempos de limpieza de 0.025 seg) 2. Así como interruptores suficientemente rápidos por el extremo de Felton para cumplimentar los requisitos

de estabilidad aquí descritos. En este caso es necesario instalar con menor tiempo de limpieza que los existentes (menos de 0.050 seg).

3. En las SEs de Cueto y Holguin será necesario instalar protecciones rápidas similares a las nombradas en el

punto 1, con la finalidad de poder utilizar los interruptores existentes en las líneas que componen el triángulo.

4. Dar prioridad al cambio de interruptores en Holguin y Cueto para las líneas del triángulo de Felton, con

vistas a mejorar la confiabilidad y estabilidad de la salida de la CTE Felton con sus dos unidades. DPTO. DE REGÍMENES JUNIO/98

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ANEXO #2: Registro obtenido por la protección digital instalada en el interruptor FE-206 de la subestación de Felton, durante la falla ocurrida en la línea Felton-Holguín el día 27-02-05 a las 16.23 Observese por el gráfico que todo el proceso de falla dura solamente 58 ms < t de cálculo C1- Momento de ocurrencia de la falla Tr- Arranque de la protección por detección de la falla C2- Limpieza total de la falla

40

ANEXO #3: Registro obtenido por la protección digital instalada en el interruptor FE-206 de la subestación de Felton, durante la falla ocurrida en la línea Felton-Holguín el día 10-04-05 a las 05.19 User: Alberto Menéndez Q. Substation: 008 Sub. 220 kV Feeder: 001 FE 206 FH Protection device: 001 7SA513 V3.22 7SA513****20*CG1 Operational annunciations 11.04.05 10:03:05.000 Annunciation Value Date/Time 1435 >Breaker fail: Start L1 from external coming 10/04/05 05:19:53.050 1436 >Breaker fail: Start L2 from external coming 10/04/05 05:19:53.050 1437 >Breaker fail: Start L3 from external coming 10/04/05 05:19:53.050 1432 >ext. release breaker failure protect. coming 10/04/05 05:19:53.050 2711 >AR: External start for internal AR coming 10/04/05 05:19:53.053 1435 >Breaker fail: Start L1 from external going 10/04/05 05:19:53.091 1437 >Breaker fail: Start L3 from external going 10/04/05 05:19:53.091 1432 >ext. release breaker failure protect. going 10/04/05 05:19:53.091 1436 >Breaker fail: Start L2 from external going 10/04/05 05:19:53.093 2851 AR: Close command from auto-reclose coming 10/04/05 05:19:55.104 4272 Switch-onto-fault is blocked going 10/04/05 05:19:55.115 4272 Switch-onto-fault is blocked coming 10/04/05 05:19:56.613 0301 Fault in the power system 63 going 10/04/05 05:20:15.103 0060 LED Reset coming 10/04/05 05:28:37.140

41

Observese por el gráfico que todo el proceso de falla dura solamente 90 ms < t de cálculo C1- Momento de ocurrencia de la falla Tr- Arranque de la protección por detección de la falla C2- Limpieza total de la falla

42

ANEXO #4: Registro obtenido por la protección digital instalada en el interruptor FE-206 de la subestación de Felton, durante la falla ocurrida en la línea Felton-Holguín el día 10-04-05 a las 06.18 User: Alberto Menéndez Q. Substation: 008 Sub. 220 kV Feeder: 001 FE 206 FH Protection device: 001 7SA513 V3.22 7SA513****20*CG1 Operational annunciations 11.04.05 10:03:05.000 Annunciation Value Date/Time 0301 Fault in the power system 64 coming 10/04/05 06:18:59.891 4024 >Dist.:Teleprot./carrier receive PUTT coming 10/04/05 06:18:59.920 1435 >Breaker fail: Start L1 from external coming 10/04/05 06:18:59.933 1436 >Breaker fail: Start L2 from external coming 10/04/05 06:18:59.933 1437 >Breaker fail: Start L3 from external coming 10/04/05 06:18:59.933 1432 >ext. release breaker failure protect. coming 10/04/05 06:18:59.933 2711 >AR: External start for internal AR coming 10/04/05 06:18:59.942 1435 >Breaker fail: Start L1 from external going 10/04/05 06:18:59.985 1436 >Breaker fail: Start L2 from external going 10/04/05 06:18:59.985 1437 >Breaker fail: Start L3 from external going 10/04/05 06:18:59.985 1432 >ext. release breaker failure protect. going 10/04/05 06:18:59.985 2851 AR: Close command from auto-reclose coming 10/04/05 06:19:02.001 4272 Switch-onto-fault is blocked going 10/04/05 06:19:02.010 4272 Switch-onto-fault is blocked coming 10/04/05 06:19:03.527 0301 Fault in the power system 64 going 10/04/05 06:19:22.002 0060 LED Reset coming 10/04/05 06:38:55.293

43

Observese por el gráfico que todo el proceso de falla dura solamente 99 ms < t de cálculo C1- Momento de ocurrencia de la falla Tr- Arranque de la protección por detección de la falla C2- Limpieza total de la falla

44

ANEXO #5: Registro obtenido por la protección digital instalada en el interruptor FE-202 de la subestación de Felton, durante la falla ocurrida en la línea Felton-Cueto el día 05-05-05 a las 08.03 User: Alberto Menéndez Q. Substation: 008 Sub. 220 kV Feeder: 002 FE 202 FC Protection device: 002 7SA513 V3.22 7SA513****20*CG1 Operational annunciations 05.05.05 09:24:02.000 Annunciation Value Date/Time AR: 0301 Fault in the power system 131 coming 05/05/05 08:03:52.411 1435 >Breaker fail: Start L1 from external coming 05/05/05 08:03:52.440 1436 >Breaker fail: Start L2 from external coming 05/05/05 08:03:52.440 1437 >Breaker fail: Start L3 from external coming 05/05/05 08:03:52.440 2711 >AR: External start for internal AR coming 05/05/05 08:03:52.447 1435 >Breaker fail: Start L1 from external going 05/05/05 08:03:52.473 1436 >Breaker fail: Start L2 from external going 05/05/05 08:03:52.473 1437 >Breaker fail: Start L3 from external going 05/05/05 08:03:52.473 2851 AR: Close command from auto-reclose c oming 05/05/05 08:03:54.487 4272 Switch-onto-fault is blocked going 05/05/05 08:03:54.497 4272 Switch-onto-fault is blocked coming 05/05/05 08:03:55.995 0301 Fault in the power system 131 going 05/05/05 08:04:14.485 0121 Fault annunciations invalid going 05/05/05 08:07:09.573 0061 Logging and measuring functions blocked coming 05/05/05 09:21:41.743 0060 LED Reset coming 05/05/05 09:21:52.104

45

Observese por el gráfico que todo el proceso de falla dura solamente 58 ms < t de cálculo C1- Momento de ocurrencia de la falla Tr- Arranque de la protección por detección de la falla C2- Limpieza total de la falla

46

ANEXO #6: Registro obtenido por la protección digital instalada en el interruptor FE-202 de la subestación de Felton, durante la falla ocurrida en la línea Felton-Cueto el día 01-06-05 a las 13.37 User: Alberto Menéndez Q. Substation: 008 Sub. 220 kV Feeder: 001 FE 206 FH Protection device: 001 7SA513 V3.22 7SA513****20*CG1 Operational annunciations 01.06.05 16:02:10.000 Annunciation Value Date/Time 3652 0301 Fault in the power system 69 coming 01/06/05 13:37:27.507 1435 >Breaker fail: Start L1 from external coming 01/06/05 13:37:27.544 1436 >Breaker fail: Start L2 from external coming 01/06/05 13:37:27.544 1437 >Breaker fail: Start L3 from external coming 01/06/05 13:37:27.544 1432 >ext. release breaker failure protect. coming 01/06/05 13:37:27.544 1436 >Breaker fail: Start L2 from external going 01/06/05 13:37:27.566 1437 >Breaker fail: Start L3 from external going 01/06/05 13:37:27.566 1432 >ext. release breaker failure protect. going 01/06/05 13:37:27.566 1435 >Breaker fail: Start L1 from external going 01/06/05 13:37:27.566 2851 AR: Close command from auto-reclose coming 01/06/05 13:37:29.583 4272 Switch-onto-fault is blocked going 01/06/05 13:37:29.601 4272 Switch-onto-fault is blocked coming 01/06/05 13:37:31.099 0301 Fault in the power system 69 going 01/06/05 13:37:49.581 0061 Logging and measuring functions blocked coming 01/06/05 15:59:02.983 0060 LED Reset coming 01/06/05 15:59:11.484

47

Observese por el gráfico que todo el proceso de falla dura solamente 65 ms < t de cálculo C1- Momento de ocurrencia de la falla Tr- Arranque de la protección por detección de la falla C2- Limpieza total de la falla

ANEXO # 7: Vista de una parte de los paneles que contienen las protecciones de tecnología electromecánica de la antigua URSS que fueron

sustituidas por las protecciones digitales instalada. El primero y sexto panel de izquierda a derecha son los paneles Carrier de la línea Felton- Cueto y Felton-Holguín respectivamente, los cuales fueron rehubicados a otra posición para mantenerlos en servicio. Ver anexo #15.

49

ANEXO # 8: Al fondo, detras de los huecos en el piso se observa una vista de la parte restante de los paneles que contienen las protecciones de

tecnología electromecánica de la antigua URSS que fueron sustituidas por las protecciones digitales instalada. Los huecos en el piso corresponden al lugar ya preparado para el montaje del panel de Teleprotección y panel que contiene a las protecciones digitales. Ver anexo #9

50

ANEXO # 9: Vista del panel de Teleprotección a la izquierda y panel de las protecciones digitales a la derecha, ya en servicio. En el panel de

protecciones de arriba hacia abajo se observa la protección digital de la Línea Felton-Cueto, protección digital de la Línea Felton-Holguín y protección digital del Interruptor Combinado Desvío-Enlace

ANEXO # 10: Vista del panel de Teleprotección y panel de las protecciones digitales con la puerta abierta. El panel de la Teleprotección es el de

la izquierda y se señala la modificación realizada en obra para la puesta en servicio con el nuevo diseño. El panel de las protecciones es el de la derecha, se observa la parte trasera de los relés digitales montados en la puerta giratoria, descrito en el anexo #9. Nótese que el panel se suministró vacio, es decir, sin el soporte de automática para el funcionamiento de cada protección.

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ANEXO # 11: Foto tomada en el espacio que ocupaban los paneles de protecciones electromecánicas que fueron sustituidos por el panel de las protecciones digitales. Una vez retirados los paneles sustituidos, los huecos en el piso del espacio dejado por estos fueron tapados con chapas de acero.

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ANEXO # 12: Fotos tomadas a uno de los paneles de automática construido en obra para un interruptor de línea. A la izquierda vista delantera

del montaje realizado. En la parte superior se ubicaron los relés auxiliares, en la parte central los órganos operativos para el personal de explotación, donde se observan los conmutadores sustituyendo a las Naklatkas del proyecto, en la parte inferior las borneras de conexiones exteriores. Observese la seguridad y comodidad del montaje, La foto de la derecha corresponde a la parte trasera del mismo panel. Nótese que los paneles construidos fueron dotados de puertas traseras y delanteras para la protección.

ANEXO # 13: Panel de la automática construido en obra, perteneciente al interruptor Enlace-Desvío. El panel es

idéntico al construido para un interruptor de línea, al cual solo se le han incorporado las particularidades del funcionamiento de este interruptor. A las borneras de conexiones exteriores de este panel llegan directamente desde el patio los circuitos de potenciales de ambas barras y desde aquí se distribuye a los paneles de automática de las líneas. También en este panel se montaron dos relés auxiliares para el bloqueo de las protecciones por falla de los circuitos de potenciales. Los bloques de pruebas corresponden a los circuitos de corrientes para desvío de las dos líneas, los dos generadores y su funcionamiento como Enlace de barras.

ANEXO # 14: Vista exterior de los tres paneles de automática construidos, en su posición de trabajo. El marcado como 11 es el de la línea

Felton-Cueto (interruptor FE-202), el 12 pertenece al interruptor Enlace-Desvío (interruptor FE-204) y el 13 a la línea Felton-Holguín (interruptor FE-206). Nótese que los paneles fueron debidamente rotulados para el trabajo del personal de explotación

56

ANEXO # 15: Paneles Carrier de las Líneas Felton-Cueto y Felton-Holguín mostrados en el anexo 7, ya rehubicados y en servicio en la nueva

posición.

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ANEXO # 16: Foto de la sala de mando de la subestación, tomada durante la capacitación realizada al personal de explotación para la

asimilación operativa de las protecciones digitales instaladas. Las dos computadoras son el pupitre de operaciones de la subestación con funciones redundantes entre ellas, desde donde se realizan todas las operaciones de mando, control, señalizaciones y mediciones de la subestación.