AUDITORÍAS DE CURVA DE CAPACIDAD DE GENERADORES
Claudio Celman, Departamento de Ensayos & Ingeniería
El código de redes Colombiano exige a los agentes auditar el cumplimiento efectivo de la curva de capacidad/capabilidad declarada. Durante el año 2013 la CNO desarrolló el acuerdo que reglamenta la realización de las mismas y establece los procedimientos concretos para realizarlas. Estudios Eléctricos colaboró en la realización del mismo y hoy en día forma parte de las empresas avaladas como auditoras de las curvas de capacidad, habiendo realizado al momento pruebas en centrales de todas las tecnologías: Turbinas de Gas y Vapor y Turbinas Hidráulicas.
- Introducción
Las deficiencias en la capacidad del sistema de aportar o absorber potencia reactiva en diversas circunstancias motivó al CND a buscar el motivo de esta anomalía. Se encontró que muchas unidades durante su operación manifestaban no poder operar fuera de una zona muy reducida de su curva de capacidad aduciendo diversos motivos. Esto provocó que se decidiera llevar adelante un plan de auditoría de las curvas de capacidad de las máquinas a fin de demostrar fehacientemente la capacidad de las unidades.
- Desarrollo del procedimiento de auditoría
Una vez que el CNO comenzó el proceso de establecer un procedimiento de auditoría de curva de capacidad fuimos convocados a ofrecer nuestra opinión al respecto. Requisitos muy particulares debían ser cumplimentados:
- Tolerancia del 1% en la verificación de la curva
- Ajuste de los limitadores de sobre y sub excitación para maximizar el área despachable sin poner en riesgo la unidad ni la seguridad del sistema
- Consideraciones sobre el estado particular de unidades con varios años de operación
- Diseñar un proceso que garantice buenos resultados al tiempo que su complejidad no lo vuelva irrealizable.
En particular Estudios Eléctricos propuso un protocolo paso a paso en el cual se establecían sin lugar a ambigüedades las condiciones de la prueba. En el procedimiento definitivo del CNO puede encontrarse que nuestra propuesta fue muy tenida en cuenta.
Finalmente se obtuvo un Acuerdo en el cual se establecen:
- Los criterios y metodologías para auditar la curva de capacidad de una unidad
- Los pasos a seguir para realizar la validación del cumplimiento de la curva declarada
- Procedimiento de determinación de puntos a auditar
La primera parte del procedimiento establece como deben determinarse las curvas que delimitan la zona de operación de una unidad, siendo la determinada por:
- Mínimo Técnico
- Potencia máxima
- Limitador de Sub-excitación
- Limitador de Sobre-excitación.
El limitador de Sub-Excitación debe ajustarse de manera tal que opere manteniendo un margen de seguridad preestablecido con respecto a las curvas de:
- Calentamiento de cabezas de bobina de estator.
- Límite de estabilidad teórico y práctico
- Límite de mínima corriente de campo
- Mínima tensión de servicios auxiliares
El limitador de Sobre-Excitación debe ajustarse de manera tal que opere manteniendo un margen de seguridad preestablecido con respecto a las curvas de:
- Máxima Corriente de campo
- Máxima Corriente de estator
- Máxima tensión de servicios auxiliares
Figura 1: Criterio de determinación de curva
Para cada tipo de limitante hay establecidos márgenes de seguridad, dependiendo del riesgo asociado a las mismas. Una vez determinados los límites se fijan los puntos a auditar. El procedimiento contempla que la curva de capacidad deberá verificarse a 3 niveles de carga: Mínimo técnico, Potencia Máxima y el valor medio entre ambos. A estos 3 niveles se determinan los valores de potencia reactiva que corresponden según las curvas trazadas. Estudios Eléctricos ha realizado en varias oportunidades la determinación de los puntos a auditar siguiendo los criterios trazados en el Acuerdo.
Figura 2: Ejemplo de verificación de curva usando UBY®
- Desarrollo de las pruebas – Preparación previa
La primera parte del proceso que realizamos en Estudios Eléctricos consiste en tomar la información disponible sobre el AVR y sus limitadores. En particular es de interés conocer las características de limitación en el plano PQ y sus posibilidades de ajuste. Con esta información determinamos el ajuste preliminar a cargar en el equipo de modo que las curvas de actuación limiten sobre los puntos acordados entre el Agente y el CND.
La segunda parte consiste en la revisión, en conjunto con el Agente de los planos eléctricos de la unidad para la determinación de los puntos de conexión donde se instalará el medidor de potencia necesario para la realización de las pruebas. Es importante destacar que todos los equipos deben contar con certificados de calibración vigentes.
- Desarrollo de las pruebas – Prueba de la unidad
La parte más crítica del proceso consiste en llevar a cabo la prueba de la unidad, con múltiples exigencias, limitación de tiempo, coordinación con el despacho, modificación de ajustes en línea, etc.
El proceso detallado en el acuerdo indica que debe llevarse la unidad a operar en el punto comprometido a tensión 1pu. Lograr cumplir esta exigencia es un reto que implica la asistencia de otras unidades de la planta, plantas cercanas y del despacho. La metodología es la siguiente (en este ejemplo para un punto sobre-excitado):
- Se despacha la unidad a la potencia activa del punto y a tensión 1pu.
- Se comienza a bajar la tensión de las demás unidades de la planta a fin de que la máquina bajo pruebas comience a entregar potencia reactiva y llegar al punto comprometido.
- Si lo anterior no fuese suficiente, se solicita al despacho que comience a realizar maniobras tendientes a bajar la tensión en barras de alta de la central.
- Si lo anterior no fuera suficiente, entonces si se comienza a subir la tensión de la unidad hasta alcanzar el punto en cuestión.
- Una vez alcanzado el punto se ajusta el limitador para que su actuación se produzca exactamente allí. Una vez lograda la condición se debe registrar la operación por 40 min si es a potencia máxima o 10 min en las demás.
Si el punto es alcanzado a una tensión diferente de 1pu, la curva de actuación debe compensarse ya que su lugar en el plano PQ generalmente varía con el voltaje. En Estudios Eléctricos contamos con herramientas de Software capaces de compensar automáticamente la ubicación de los puntos según la tensión obtenida para garantizar la máxima agilidad y confiabilidad en el desarrollo de la auditoría. Esta herramienta además incorpora el cálculo de error de la medición y las tolerancias marcadas en el acuerdo, lo que nos permite conocer online si los puntos referidos a tensión nominal serán declarados Conformes. Con todo esto se logra reducir notablemente los tiempos de análisis durante la prueba y tener la seguridad de que luego de finalizada la ejecución se tiene la certeza de que se cumplen todos los requisitos del acuerdo.
- Resultados obtenidos
La Figura 4 muestra la curva de capacidad de una unidad antes de la prueba y la Figura 5 presenta la obtenida al finalizar la auditoría. Como puede verse se obtuvo un cambio sustancial en la potencia reactiva que la unidad es capaz de entregar o absorber.
En muchos casos durante la prueba se detectaron ajustes de limitadores que superaban algún límite propio de la unidad (corriente de excitación, protecciones, etc) y en todas las oportunidades se realizó un reajuste de manera que el regulador no permita a la unidad salir de su zona de operación segura.
Figura 4: Curva de capacidad antes de la prueba de reactiva
Figura 5: Curva de capacidad luego de la prueba de reactiva