Investigación del ruido anormal del generador nro. 15 de 700 MW de Casa de Máquinas II de Guri

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MÉRIDA – VENEZUELA

INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista

Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas

Enero, 2005

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MÉRIDA – VENEZUELA

INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista

Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas Tutor Académico: Prof. Carlos Muñoz Tutor Industrial: Ing. Eduardo Montilla

Enero, 2005

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INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI Br. Rubén A. Jiménez R.

El Trabajo de Grado titulado “ INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL

GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI ”, presentado por el Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas, en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniero Electricista, fue aprobado por el siguiente jurado.

Prof. Carlos Muñoz C.I. V-8.008.441

Prof. José Contreras C.I. V-4.490.926

Prof. Pedro Mora C.I. V-3.623.983

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INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI Br. Rubén A. Jiménez R.

El Trabajo de Grado titulado “ INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL

GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI ”, presentado por el Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas, en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniero Electricista, fue realizado en la Corporación Venezolana de Guayana Electrificación del Caroní C.A. C.V.G. EDELCA, Departamento de Operaciones Guri bajo la tutoría industrial del Ing. Eduardo Montilla.

Ing. Eduardo Montilla C.I. V-9.697.991 Tutor Industrial

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DEDICATORIA Cuesta creer que lo que en muchas ocasiones vimos tan lejano, sea hoy una realidad, y quisiera aprovechar éstas líneas para dedicar éste logro a mis padres y hermanos, sin su apoyo y compañía nada de ésto sería posible, sigamos luchando por todo aquello que queramos, éste paso es una muestra de que unidos como siempre hemos estado, somos uno, pero uno con toda la fuerza del mundo. Éste logro es más de ustedes que mío. Rubén Antonio

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AGRADECIMIENTO Sería una vanalidad pretender que la culminación de éste trabajo, y por tanto, el alcance de ésta meta fue un camino recorrido sólo por mi persona, hoy doy gracias a Dios porque no fue así, y aprovecho éste espacio para agradecer a todos aquellos que de una u otra forma estuvieron presentes...  A Dios todo poderoso y a la Santísima Virgen, por darme la fuerza en todo momento y recordarme con cada amanecer lo bella que es la vida.  Al Niño Jesús, por proteger a todos aquellos que se encuentran a mi lado, ha sido la mejor manera de protegerme a mí también.  A Mamá Charo, gracias por todos los consejos brindados en vida, cada uno ha sido fuerza para mantenernos en la lucha.  A Nona y Nono, no tengo cómo agradecerles cada una de sus palabras, cada gesto, cómo quisiera hoy poder tenerlos al frente y que vieran lo que he logrado, sé que desde el cielo, juntos, celebran también.  A Mamá, por ser siempre la más bella de las madres, y estar a mi lado creyendo en mí, gracias por los regaños y los abrazos, todos me daban fuerza para no perecer en el camino, hoy y siempre daré lo mejor de mí para compensar todo lo que me ha dado.  A Papá, gracias por ser como es, dándonos el mejor de los ejemplos de dedicación y constancia, de amor al trabajo y a su familia, cómo no luchar y querer ser siempre mejor con un ejemplo como el suyo, gracias papá.

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 A Rosedi y Ramón Antonio, por estar siempre presente y anteponerme ante sus propias necesidades, con éste paso culminamos los tres, como siempre, los tres para arriba y para abajo, porque así ha sido, y que Dios nos dé licencia para que así siga siendo. Los quiero, Gracias.  A Miguel, gracias por ser un hermano más y mostrarme que las cosas cuando se quieren llegan, que hay que tener paciencia y trabajar mucho, pero llegan.  A Jhoana Beatriz y Génesis Oriana, son el regalo más bello que Dios nos ha dado, nunca cambien ése rostro angelical y esa sonrisa pícara que nos ilumina día a día.  A TODA MI FAMILIA, son muchos pero a todos se les quiere y agradece los buenos deseos que siempre han tenido, especialmente a Tía Betty y Tía  Adelina, ustedes, junto a Tío Adelmo y Tío Danilo, han sido pilares fundamentales en mi desarrollo, como ser humano y profesional. Gracias.  A María Eugenia y Adán, por ser ejemplo de superación y por confiar en mí como siempre lo han hecho, ustedes me ayudaron dándome la fuerza para no desistir en ningún momento. Gracias.  A Mafer , gracias por ser la amiga incondicional que siempre has sido, secándome las lágrimas en más de una ocasión y celebrando las alegrías de cada trabajo entregado, de cada materia culminada, hoy pido a Dios que me dé licencia para verte pronto culminando tu carrera.  A Michel, amigo que con su entereza y dedicación me ha enseñado que lo más importante no es hacer el trabajo, sino disfrutarlo. Gracias por toda la colaboración otorgada y por las que vienen.

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 A TODOS MIS AMIGOS, gracias por ayudarme cada día, cada mes, durante éstos años, especialmente a Karim, Corina, Desireé, Yohanna, Daniella, Keyla, Auxy, Indira, Marilyn, Miriam, Oriana, Rina, Rosiry, Nela, Mariana,  Amaya, Jesús, Saúl, Sergio, Pablo, Luis, Jhony A., Jhonatan, Edison, Eloy, Ciro, Jucht, Hender y Alexander, son muchos y a todos se les quiere, hoy culmino yo, otros ya lo han hecho, y de corazón espero que cuando todos lo hagan aún estemos juntos.  A MIS AMIGOS DE GURI , Ana M., María C., Martha E., Erika, Yndhira, Ivana, Martha G., Karem, Yolimar, Vivian, Evelyn, Shaimar, Idalmis, Jenny, Rubén, Darwin, Victor, Jairo, Danny, Jerson, Nadir, Joan, Yober, Rodolfo; cada uno en su momento fue de gran apoyo, siempre se les tendrá presente.  A mi tutor, Prof. Carlos Muñoz, gracias por ser un amigo más que un tutor, estando siempre presente con sus enseñanzas y consejos.  A mi tutor industrial, Ing. Eduardo Montilla, gracias por compartir tantos conocimientos conmigo.  A TODO EL PERSONAL DEL DEPARTAMENTO DE OPERACIONES, siempre quise trabajar en una ambiente agradable y lleno de conocimientos, gracias por brindarme ésa experiencia.  A C.V.G. EDELCA, ente que me abrió sus puertas haciéndome sentir un miembro más de su familia.  A la UNIVERSIDAD DE LOS ANDES en la cual aprendí tanto preparándome como profesional, gracias por ser fuente de conocimientos.

A Todos Gracias…

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ÍNDICE GENERAL DEDICATORIA............................................................................................iv  AGRADECIMIENTO.................................................................................... v ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................xi ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................xii RESUMEN ................................................................................................xiii INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1 GLOSARIO ..................................................................................................... 4

CAPÍTULO I. C.V.G. EDELCA 1.1 INTRODUCCIÓN..................................................................................... 9 1.2 GENERALIDADES .................................................................................. 9 1.2.1 Nombre............................................................................................. 9 1.2.2 Reseña Histórica .............................................................................. 9 1.2.3 Ubicación Geográfica ..................................................................... 12 1.2.4 Misión, Visión y Valores ................................................................. 13 1.2.5 Estructura Organizativa .................................................................. 14

CAPÍTULO II. GENERACIÓN ELÉCTRICA 2.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 16 2.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA .......................................... 16 2.3 TURBINA HIDRÁULICA ....................................................................... 18 2.3.1 Definición........................................................................................ 18 2.3.2 Tipos............................................................................................... 19 2.3.3 Funcionamiento.............................................................................. 20 2.3.4 Componentes ................................................................................. 20 2.3.5 Descripción de Componentes ........................................................ 21 2.3.5.1 Tubería Forzada ...................................................................... 21 2.3.5.2 Rodete ..................................................................................... 21 2.3.5.3 Anillo Distribuidor..................................................................... 22 2.3.5.4 Tubo Aspirador ........................................................................ 22 2.3.5.5 Eje de la Turbina...................................................................... 23 2.3.6 Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri ........ 23 2.3.6.1 Ubicación ................................................................................. 23 2.3.6.2 Características ......................................................................... 24 2.4 GOBERNADOR .................................................................................... 25 2.4.1 Definición........................................................................................ 25 2.4.2 Funcionamiento.............................................................................. 25 2.4.3 Componentes ................................................................................. 26

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2.4.4 Descripción de Componentes ........................................................ 26 2.4.4.1 Sistema Presurizado de Aceite................................................ 26 2.4.4.2 Sistema de Gobernación ......................................................... 26 2.4.4.3 Sistema de Pre-Gobernación................................................... 27 2.4.4.4 Sistema Regulador .................................................................. 27 2.4.4.5 Sistema de Frenos................................................................... 28 2.4.5 Gobernadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri ................... 28 2.4.5.1 Ubicación ................................................................................. 28 2.4.5.2 Características ......................................................................... 29 2.4.5.3 Fuentes de Alimentación ......................................................... 29 2.5 GENERADOR ELÉCTRICO ................................................................. 30 2.5.1 Definición........................................................................................ 30 2.5.2 Tipos............................................................................................... 30 2.5.3 Funcionamiento.............................................................................. 31 2.5.4 Componentes ................................................................................. 31 2.5.5 Descripción de Componentes ........................................................ 32 2.5.5.1 Rotor ........................................................................................ 32 2.5.5.2 Estator ..................................................................................... 35 2.5.5.3 Cojinetes del Generador .......................................................... 36 2.5.5.4 Generador de Imanes Permanentes (PMG) ............................ 39 2.5.6 Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................... 39 2.5.6.1 Ubicación ................................................................................. 39 2.5.6.2 Características ......................................................................... 39 2.5.6.3 Fuente de Alimentación ........................................................... 41 2.6 CONEXIÓN EN PARALELO DE GENERADORES ELÉCTRICOS ...... 42 2.6.1 Igual Secuencia de Fases .............................................................. 42 2.6.2 Igual Frecuencia............................................................................. 42 2.6.3 Igual Tensión.................................................................................. 43 2.6.4 Instante de Sincronismo ................................................................. 43 2.6.5 Conexión en Paralelo de los Generadores de Planta Guri ............. 43

CAPÍTULO III. ANTECEDENTES DE LA UNIDAD N° 15 DE CMG-II 3.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 47 3.2 HISTORIAL ........................................................................................... 47 3.2.1 Año 1991 ........................................................................................ 47 3.2.2 Año 1992 ........................................................................................ 48 3.2.3 Año 1993 ........................................................................................ 48 3.2.4 Año 1994 ........................................................................................ 49 3.2.5 Año 1995 ........................................................................................ 49 3.2.6 Año 1996 ........................................................................................ 49 3.2.7 Año 1997 ........................................................................................ 50 3.2.8 Año 1998 ........................................................................................ 51 3.2.9 Año 1999 ........................................................................................ 51 3.2.10 Año 2000 ...................................................................................... 51

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3.2.11 3.2.12 3.2.13 3.2.14

 Año 2001 ...................................................................................... 51  Año 2002 ...................................................................................... 51 Año 2003 ...................................................................................... 52  Año 2004 ...................................................................................... 52

CAPÍTULO IV. PROTOCOLO DE PRUEBAS DE INVESTIGACIÓN 4.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 53 4.2 VARIABLES DE ESTUDIO.................................................................... 53 4.2.1 Vibración ........................................................................................ 53 4.2.2 Aislamiento .................................................................................... 54 4.2.3 Corriente y Tensión ....................................................................... 57 4.2.4 Potencia Activa y Potencia Reactiva ............................................. 58 4.3 PROTOCOLO DE PRUEBAS................................................................ 59 4.3.1 Justificación.................................................................................... 59 4.3.2 Descripción..................................................................................... 60 4.3.3 Aplicación ....................................................................................... 61

CAPÍTULO V. REGISTRO Y ANÁLISIS DE DATA 5.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 64 5.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS .................................................................. 64 5.2.1 Vibración ........................................................................................ 64 5.2.2 Aislamiento..................................................................................... 67 5.2.3 Corriente......................................................................................... 71 5.2.4 Tensión........................................................................................... 71 5.2.5 Potencia Activa y Potencia Reactiva .............................................. 74

CONCLUSIONES ......................................................................................... 76 RECOMENDACIONES................................................................................. 78 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................. 81  ANEXO 2.a Diagrama Unifilar de Sistema de Sincronización Generadores PDG 800 Kv  ANEXO 4.a Norma ISO 7919-5:1997  ANEXO 4.b Protocolo de Pruebas de Investigación UN-15, CMG-II

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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Ubicación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 23 Tabla 2.2 Año de Fabricación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 24 Tabla 2.3 Régimen de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 24 Tabla 2.4 Características de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 25 Tabla 2.5 Fabricantes de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 40 Tabla 2.6 Características de los Generadores Impares de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 40 Tabla 2.7 Características de los Generadores Pares de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 41 Tabla 2.8 Dimensión y Peso de los Componentes Principales de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri.................... 41 Tabla 4.1 Patrones de Descargas Parciales obtenidos en pruebas de Laboratorio …………………………………………………………56 Tabla 5.1 Análisis PRPD Unidad N° 15, CMG-II........................................... 69 Tabla 5.2 Análisis de Espectro de Frecuencia de Pruebas de Descargas Parciales de la Unidad N° 15, CMG-II........................................... 70 Tabla 5.3 Medición de Tensión de la Unidad N° 15, CMG-II ....................... 72 Tabla 5.4 Medición de Potencia de la Unidad N° 15, CMG-II ...................... 74

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Ubicación de Edelca Planta Guri ................................................. 13 Figura 1.2 Estructura Organizativa de C.V.G. Edelca................................... 15 Figura 2.1 Corte Transversal de una Central Hidroeléctrica ......................... 18 Figura 2.2 Turbina Tipo: (a) Pelton (b) Kaplan (c) Francis............................ 19 Figura 2.3 Rodete ......................................................................................... 22 Figura 2.4 Corte Transversal del Rotor......................................................... 33 Figura 2.5 Cojinete Guía Combinado del Generador.................................... 37 Figura 4.1 Daños Apreciables del Estator Unidad N° 15 de CMG-II............. 55 Figura 4.2 Instalación de Sensores de Vibración, Pruebas Unidad N° 15, CMG-II.................................................... 61 Figura 4.3 Instalación de Equipos en la Cikura del UCS, Pruebas Unidad N° 15, CMG-II................................................... 62 Figura 5.1 Vibraciones en Carcasa y Núcleo del Generador N° 17, CMG-II ......................................................................................... 65 Figura 5.2 Vibraciones en Carcasa y Núcleo del Generador N° 15, CMG-II ....................................................................................... 656 Figura 5.3 Descargas Parciales de Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004 ................................................... 68 Figura 5.4 Espectros de Frecuencia de las Descargas Parciales de la Unidad N° 15, Marzo 2001 Y Noviembre 2004 ................... 70 Figura 5.5 Forma de Onda de las Fases A, B y C de la Unidad N° 15, Noviembre 2004.......................................... 73 Figura 5.6 Variación de Potencia de la Unidad N° 15, Noviembre 2004...... 75

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RESUMEN INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II GURI Br. Rubén A. Jiménez R. Tutor Académico: Prof. Carlos Muñoz Tutor Industrial: Ing. Eduardo Montilla La realización de éste trabajo permitió la focalización del origen de la anomalía existente en el generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, C.V.G. EDELCA, el cual presentaba un ruido anormal al momento de su sincronización al sistema de potencia. El comienzo de la investigación se basó en la búsqueda de información teórica relacionada al tema, así como de entrevistas con el personal del Departamento de Operaciones Guri por medio del cual se indagó en la problemática existente, así como en la importancia de la solución del mismo. Posteriormente fue elaborado un historial de las anomalías sufridas por la unidad bajo estudio, así como de los trabajos realizados a la misma, obteniendo de ésta forma una visión más clara de la situación actual de la máquina. Por decisión en conjunto del Departamento de Operaciones Guri y el Centro de Investigaciones Aplicadas de EDELCA se decide la realización de una serie de pruebas de investigación, para lo cual fue necesaria la elaboración de un protocolo, o procedimiento, de pruebas a consignar ante la Sección de Planificación y Coordinación del Departamento de Operaciones Guri. Luego son realizadas las diferentes pruebas sobre la unidad, obteniéndose registros de vibración, aislamiento, corriente, tensión, potencia activa y potencia reactiva; las mismas son analizadas con la colaboración del personal del Centro de Investigaciones Aplicadas, llegando a la conclusión de que el principal problema es la pérdida de aislamiento en el núcleo del estator, factor que puede ser la causa de la anomalía en estudio. Por último se generan una serie se recomendaciones a ser aplicadas por los diferentes departamentos de Planta Guri con la finalidad de solventar la situación actual de la unidad generadora, algunas de éstas recomendaciones han sido consideradas en el proceso de reparación que se lleva a cabo en la actualidad sobre la Unidad N° 15. Descriptores: 1. Ruido – Control

Cota: * TD892 J55

INTRODUCCIÓN Durante más de cuatro décadas la C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., ha aprovechado el potencial hidroeléctrico del Río Caroní produciendo energía eléctrica, para luego transportarla y comercializarla, satisfaciendo así la demanda del sector eléctrico nacional. Para cumplir con éstos objetivos, C.V.G. EDELCA requiere del mejor  desempeño de sus plantas hidroeléctricas, a través de unidades generadoras, equipos y sistemas en el mejor estado posible, es así como los diferentes departamentos encargados de los mantenimientos y operación de éstos

constantemente

realizan

inspecciones,

determinando

aquellas

anomalías que necesiten ser corregidas. Los trabajos de correcciones pueden realizarse en diferentes condiciones, algunos pueden solventarse con mantenimientos programados, mientras que otros ameritan intervención inmediata, ya que la falla presente puede acarrear consecuencias graves para la seguridad del sistema, e inclusive del personal. Bajo ésta perspectiva surge la necesidad de investigar el ruido anormal que presenta el generador de la unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II, en Planta Guri al momento de su sincronización al sistema de potencia, ya que por la presencia de ésta anomalía la unidad se mantiene sincronizada al sistema de manera permanente, limitando su parada a ocasiones de estricta necesidad, afectando por lo tanto la confiabilidad del sistema, así como, los planes de mantenimiento necesarios de todas las unidades. El siguiente trabajo fue realizado en el Departamento de Operaciones Guri, con la colaboración del Centro de Investigaciones Aplicadas (CIAP),

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Departamento de Ingeniería de Mantenimiento y el Departamento de Mantenimiento Eléctrico de ésta planta, con el claro objetivo de focalizar el origen de la anomalía, para ello fueron realizadas una serie de pruebas e inspecciones visuales al núcleo del generador, para de ésta manera analizar  las posibles soluciones e implementarlas, normalizando entonces la anomalía de la unidad generadora. Es importante aclarar que para el momento de elaboración de éste trabajo la unidad se encuentra en proceso de reparación, por lo tanto, no es posible determinar si la anomalía fue eliminada, pudiendo así dar por concluida la investigación, o por el contrario ésta persiste, en cuyo caso el trabajo de determinación de las causas del problema deberá continuar. Para una mejor comprensión, la información que a continuación se presenta fue estructurada en cinco capítulos de la siguiente manera:

Capítulo I. C.V.G. EDELCA: en éste capítulo se presenta al lector  información general de la empresa, haciendo especial énfasis en la Central Hidroeléctrica “Raúl Leoni”, por ser ésta la planta en la cual se encuentra la unidad generadora bajo estudio.

Capítulo II. Generación Eléctrica: presenta la información teórica necesaria para el entendimiento del proceso de generación hidroeléctrica, así como las partes más importantes del mismo, tales como lo son las turbinas, el gobernador de velocidad, el generador y el sincronizador; además se especifican las características más resaltantes de éstos componentes de las unidades generadoras de Planta Guri, teniéndose de ésta manera una clara idea de la situación de la planta hidroeléctrica.

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Capítulo III. Antecedentes: tal como su nombre lo indica, en éste capítulo son enumerados los trabajos o anomalías más resaltantes sufridas por la unidad N° 15 desde su puesta en servicio comercial hasta la actualidad.

Capítulo IV. Protocolo de Pruebas de Investigación: por requerimientos internos de C.V.G. EDELCA, es necesario la presentación de un procedimiento escrito ante el Departamento de Operaciones Guri en caso de realización de pruebas sobre el sistema, éstos requerimientos son explicados en éste capítulo así como las variables en estudio que contempla el mismo.

Capítulo V. Registro y Análisis de Data: son mostrados y analizados los resultados obtenidos luego de las pruebas realizadas en noviembre de 2004 a la unidad bajo estudio. Por último se presentan las conclusiones y las recomendaciones de reparación, es importante resaltar que algunas de éstas recomendaciones ya están siendo aplicadas en la intervención de la unidad por parte del Departamento de Mantenimiento Eléctrico Guri.

Glosar io •

 Aislante

Material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito. Los más frecuentemente utilizados son los plásticos y las cerámicas. •

Barra

Las barras están construidas por conductores de cobre y/o aluminio en forma de varillas. Las secciones de las barras deben tener los valores necesarios para el paso de corriente, de modo que la misma no exceda los valores reglamentarios. •

Bobina

Es una cantidad de espiras colocadas tan íntimamente juntas, que todas están enlazadas o cortadas por el mismo flujo. •

CMG-II 

Casa de Máquinas II de Planta Guri. •

Conversión Electromagnética

Relaciona las fuerzas eléctricas y magnéticas del átomo, con las fuerzas mecánicas aplicadas a la materia, y con el movimiento como resultado de

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ésta relación, la energía mecánica puede convertirse en energía eléctrica y viceversa. •

Cortocircuito

Son todos los defectos provocados por un contacto, bien entre conductores o cualquier pieza metálica unida a ella. •

Desconexión Forzada

Es la apertura de los disyuntores que conectan a un elemento de transmisión del sistema de potencia para sacarlo de servicio, ya sea por  actuación errática del equipo de protección, defectos en el equipo asociado, o alguna actuación de emergencia. •

Desconexión Programada

Es aquella cuyo origen no deriva de una falla, sino por razones de mantenimiento preventivo o correctivo. •

Dispositivo de Alarma

Son empleados en un sistema cualquiera para vigilar el buen funcionamiento de los equipos, cuando se presenta una condición anormal origina el aviso óptico y acústico. •

Enclavamiento

Son todos aquellos dispositivos eléctricos y mecánicos cuya función principal es no permitir la operación de un equipo, cuando sus condiciones normales y adecuadas, no están dadas para la operación a realizarse, ésto con la finalidad de evitar posibles daños materiales o personales, y en consecuencia corregir los errores humanos.

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•

Espira

Son los conductores separados por un paso polar. •

Factor de Potencia

 Ángulo de desfasamiento de la corriente con respecto a la tensión, o también la relación que existe entre la potencia activa y la potencia aparente. •

Falla

Es la condición que impide la operación de uno o más componentes del sistema de potencia y debe ser despajada inmediatamente. •

Flujo

Es el número de líneas de inducción que existen en el circuito magnético y corresponden a la intensidad de la corriente. •

Fuerza Electromotriz 

Es la tendencia, o fuerza, en voltios, que hace mover a los electrones, o los pone en condiciones para ello. •

Generación de Energía Eléctrica

Proceso mediante el cual se obtiene energía eléctrica a partir de otra forma de energía. •

Líneas de Generadores

Está comprendida por un grupo de tres conductores que permiten la transmisión de la energía producida por las unidades generadoras (elevada por los transformadores de potencia) en Casa de Máquinas, y transmitida hacia el Patio de Distribución.

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•

Micro-Ondas

Son equipos que transmiten señales de comunicación por antena entre los diferentes puntos de operación (Casa de Máquinas, Patio de Distribución, despacho de carga, subestaciones, entre otras). •

Paso Polar 

Es el arco entre dos lados de una misma bobina. Corresponde a 180° eléctricos. •

Polo Norte

Es la región por donde emerge la influencia magnética. •

Polo Sur 

Es la región por donde entra la influencia magnética. •

Protección

Como su nombre lo indica, son dispositivos empleados para proteger, y sacar de servicio, equipos o instalaciones en servicio contra fallas, que pongan en peligro de daño o destrucción, a dichos equipos. •

Ranura

Son horadaciones (perforaciones) donde van colocadas las bobinas. •

Resistencia

Son dispositivos eléctricos que se intercalan en un circuito para dificultar el paso de la corriente eléctrica, o para que ésta se transforme en calor. Se puede definir como la oposición ofrecida por los distintos componentes de un conductor al paso de la corriente.

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•

Seccionador 

Son dispositivos eléctricos de muy baja velocidad en su operación, cuya función principal es la de conectar o desconectar secciones de línea, barra y equipos, al resto del sistema. •

Sobrecarga

Carga superior a la nominal de una instalación o equipo. •

Tensión de Generación

Tensión a la cual se genera la energía eléctrica. •

Transformador de Corriente

Generalmente se utiliza con la finalidad de obtener niveles muy bajos de corriente, pero proporcionales a la corriente principal o primaria, cuya señal es utilizada para equipos de protección, medición y control. Su conexión es en serie con la línea. •

Transformador de Tensión

Se utiliza para obtener valores de tensión bajos a ser utilizados en protecciones, mediciones y controles. Su conexión es en paralelo con una línea y la tensión es proporcional a la primaria. •

Valor Nominal 

Es la magnitud eléctrica señalada para el funcionamiento normal de un equipo. Por lo general todo equipo eléctrico y mecánico posee una placa en su carcasa indicando éstos valores, lo que significa puede operar en éstos rangos sin sufrir calentamiento o deterioro alguno.

I C.V.G. EDELCA Capítulo

1.1 INTRODUCCIÓN En el presente capítulo el lector podrá ahondar en ciertas generalidades de la C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., pudiendo conocer de ésta manera la tenaz e inquebrantable tarea de ésta empresa en llevar electricidad a todo el territorio nacional, así como la de afianzar las relaciones bilaterales con países vecinos a través del intercambio de energía eléctrica.

1.2 GENERALIDADES 1.2.1

Nombre

Corporación Venezolana de Guayana Electrificación del Caroní C.A., C.V.G. EDELCA.

1.2.2

Reseña Histórica [10]

C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., EDELCA, es una empresa de energía eléctrica a nivel nacional e internacional, integrada por capital mixto, donde el estado venezolano participa en un 51% de las acciones y el 49% restante es capital privado. Fue constituida el 23 de julio de 1963, con el mandato claro

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de aprovechar el vasto potencial hidroeléctrico del Río Caroní, para el desarrollo de Guayana y la nación venezolana. Con éste hecho histórico se dió continuidad y permanencia a los esfuerzos que habían venido siendo realizados por la Corporación Venezolana de Fomento (1949-1953) y la Comisión de Estudios para la Electrificación del Río Caroní (1953-1963), los cuales terminaron con la puesta en servicio de la primera central hidroeléctrica en el mismo,

Macagua I, con 360 MW de

potencia instalada. La idea de crear la Central Hidroeléctrica “Raúl Leoni”, Guri, nació de la negociación entre la firma consultora Norteamericana Burns & Roe Inc. y la Corporación Venezolana de Fomento, donde se contemplaba el desarrollo hidroeléctrico del Río Caroní, pues las condiciones que poseían los saltos inferiores de éste río no se podían despreciar. El desarrollo de Guri responde no sólo al acelerado crecimiento de la demanda energética del país, sino también para afirmar la capacidad instalada en Macagua, cuya generación era dependiente de las temporadas de verano e invierno. En 1958 la Corporación Venezolana de Fomento dió autorización a la Comisión para la Electrificación del Caroní para que iniciara las tareas preliminares del proyecto Guri, a cuyos fines un grupo de ingenieros se instaló en el Cañón Nekuima, lugar escogido como base de las operaciones de la futura obra. En 1963 se realiza la primera voladura en dicho cañón, con lo que arranca la construcción de la primera etapa de Guri, entrando la primera unidad en servicio cinco años más tarde y la última en 1978, momento en el cual se inicia la construcción de la etapa final de la presa “Raúl Leoni”; ésta etapa culmina en 1986 para tener así una capacidad total instalada de 10.000 MW, ubicándose como la segunda hidroeléctrica con

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mayor potencia instalada en el mundo y la octava en volumen de agua represada. En 1988 inicia la construcción de Macagua II. En 1991 entra en operaciones de la segunda etapa del sistema de transmisión de 800 KW. En 1993 inició la construcción de Caruachi entrando la primera unidad en servicio comercial en el año 2003, al final de su construcción la misma contará con 2.160 MW de potencia instalada. En 1995 entra en servicio la primera unidad de la Casa de Máquinas III en Macagua y en 1996 la primera de la Casa de Máquinas II. En 1997 es inaugurada Macagua II y Macagua III. Tocoma es otro proyecto a ser desarrollado en el bajo Caroní y de acuerdo a la programación de la empresa ésta central contará con 2.160 MW de potencia instalada.  A más de 40 años de su constitución, EDELCA ha sido factor decisivo en el desarrollo del país, aportando en 1963 el 22% de la energía eléctrica a nivel nacional, con cobertura limitada a Guayana, llega a suplir en 1993 el 71% de la energía de una Venezuela altamente electrificada. EDELCA en consecuencia, se ha convertido en éstos años en el productor más importante de energía del país, después de PDVSA, con una producción hidroeléctrica equivalente a 95 millones de barriles de petróleo al año.

12

1.2.3

Ubicación Geográfica

La central hidroeléctrica “Raúl Leoni”, Guri, se encuentra ubicada en el campamento Guri, Distrito Guri, Estado Bolívar, aproximadamente a 90 Km de Puerto Ordaz, y a 110 Km de la capital del estado, Ciudad Bolívar; está limitada por: •

Norte: Cauce del Río Orinoco .

•

Este: Zona Montañosa.

•

Sur: Lago de Guri (artificial).

•

Oeste: Campamento y vías de acceso.

Por razones de seguridad existen tres (3) vías de acceso a Planta Guri: • •

Por tierra, a través de las diferentes carreteras de entrada.  Aérea, por medio del helipuerto localizado en las inmediaciones de la planta.

•

Marítima, a través del Río Caroní.

Éstas medidas de contingencia aseguran la operatividad de la planta. En la figura 1.1 se presenta el mapa de Venezuela en el cual se puede observar que se encuentra resaltado el Estado Bolívar, presentando éste con mayor detalle y en el cual a través de un acercamiento se aprecia el embalse de Planta Guri.

13

Figura 1.1 Ubicación de EDELCA Planta Guri

1.2.4

Misión, Visión y Valores

Misión “Producir,

transportar

y

comercializar

energía

eléctrica

a

precios

competitivos, en forma confiable y en condiciones de sustentabilidad, eficiencia y rentabilidad”. [Intranet EDELCA, 2004]

Visión “Empresa de servicio elétrico de clase mundial, lider en desarrollo sustentable, pilar del progreso del país”. [Intranet EDELCA, 2004]

14

Valores [Intranet EDELCA, 2004] •

Humanismo.

•

Honestidad.

•

Respeto.

•

Excelencia.

•

Competitividad.

•

Compromiso.

•

Participación.

1.2.5

Estructura Organizativa [1]

La nueva estructura organizativa de EDELCA permitirá la transición hacia la separación jurídica de sus actividades, de esta forma se agrupará en áreas de negocio, a fin de cumplir con la separación contable de las actividades de generación, transmisión y distribución. La figura 1.2 muestra la estructura organizativa mencionada, desglosando únicamente aquella División, y respectiva Dirección, a que se encuentra adscrita Planta Guri.

15

PRESIDENCIA Gerencia de Contraloría Interna

Gerencia de Consultoría Jurídica

Gerencia de Asuntos Públicos

Gerencia de Recursos Humanos

Gerencia de Gestión Ambiental

Dirección de Finanzas

Dirección de Servicios

Dirección de Planificación

Dirección Expansión de Generación

Dirección Ejecutiva de Transmisión

Dirección de Producción

Dirección de Transmisión Regional

Dirección de Distribución

Div. de Ingeniería de Mejoras de Generación

Dpto. Investigaciones y Pruebas de Generación

División Planta Caruachi

Dpto. Servicios Generales

División Planta Macagua

Dpto. Operaciones

Dpto. Mantto. Eléctrico

División Planta Guri

Dpto. Mantto. Mecánico

Dpto. Ingeniería de Mantto.

Dpto. Proyectos de Mejoras de Generación

Div. Protecciones, Supervisión y Control de Generación

Dpto. Mantto. De Control e Instrument.

Figura 1.2 Estructura Organizativa de C.V.G. EDELCA

II Gener ación Eléctr ica Capítulo

2.1 INTRODUCCIÓN El siguiente capítulo presenta los conceptos básicos y necesarios para el pleno entendimiento de la investigación, tales como el proceso de generación y los elementos involucrados en el mismo, así como las diferentes variables de estudio que permitieron el análisis del problema presentado por la unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri.

2.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA [12] El proceso mediante el cuál se aprovecha la energía hidráulica que provee el Río Caroní para su conversión en energía eléctrica implica una sucesión de pasos como se describen a continuación. Se posee energía potencial en el embalse o presa, las plantas o centrales hidroeléctricas aprovechan ésta energía para convertirla en energía mecánica moviendo las turbinas y generadores para producir electricidad. Para el suministro de agua se utiliza la compuerta de toma, ésta controla el caudal que entrará a la tubería forzada; son del tipo oruga de desplazamiento vertical y su operación es controlada mediante motores de inducción

16

17

trifásicos de 45 Hp. Existen dos compuertas por cada unidad, y de allí se conduce el agua hasta la caja espiral. La tubería forzada está ubicada a cierta altura sobre la caja espiral, a modo de ejercer la presión necesaria sobre la misma, para distribuir la presión de agua uniformemente sobre el rodete. Éste posee unos álabes colocados de manera tal que reciba el flujo de agua y lo aproveche produciendo el movimiento giratorio del eje acoplado, ésto es lo que se conoce con el nombre de turbina hidráulica. Controlando la velocidad de la turbina se controla a su vez la velocidad de toda la unidad, siendo éste un aspecto fundamental en la producción de energía ya que influye directamente en la frecuencia de la tensión generada. El equipo que controla la velocidad es el gobernador y está constituido por  una sección reguladora que contiene equipos electrónicos y eléctricos, y por  una sección actuadora (servomotores) que regulan el paso de agua a través de las turbinas. El generador tiene como función básica, tomar la energía mecánica rotacional que le es entregada a través del eje del generador, el cual transmite los movimientos provenientes del eje de la turbina al rotor del generador. Éste eje pasa a través de una estructura metálica fuerte, denominada ménsula o soporte inferior, la cual es capaz de soportar el peso de las partes rotantes del generador así como el empuje que ejerce el agua sobre la turbina. La energía mecánica producida por la fuerza del agua hace girar al rotor, y a medida que éste gira, el campo magnético producido induce una tensión en las barras del estator, que es donde realmente se produce electricidad, la cual se extrae de sus terminales y luego es enviada a los transformadores de potencia.

18

En la figura 2.1 [13] se presenta el corte transversal de una central hidroeléctrica en cuya leyenda se enumeran algunas de las partes que constituyen la misma, de ésta forma se pueden identificar las partes mencionadas en los pasos explicados.

LEYENDA: 1. Embalse 2. Presa 3. Rejas antibasura 4. Tubería forzada 5. Conjunto de grupos Turbina-Alternador  6. Turbina 7. Eje 8. Generador  9. Líneas de transporte de energía eléctrica 10. Transformadores de potencia

Figura 2.1 Corte Transversal de una central hidroeléctrica

2.3 TURBINA HIDRÁULICA [7] 2.3.1

Definición

Equipo que convierte la energía hidráulica en energía mecánica, ésta conversión de energía se efectúa una vez que el flujo de agua choca contra los alabes de un rodete.

19

2.3.2

Tipos

Las turbinas hidráulicas se construyen de acuerdo a la caída neta del embalse en el cual se utilizarán. En la figura 2.2 se observan los tipos de turbinas hidráulicas y seguida de ésta una breve explicación de las mismas.

(a)

(b)

(c)

Figura 2.2 Turbina Tipo: (a) Pelton (b) Kaplan (c) Francis a)

Pelton, el fluido motriz opera en forma tangencial, utilizando de ésta forma la energía cinética del agua. Por tal razón se denominan turbinas de impulso. Se utilizan en presas de grandes caídas (200 a 2000 mts).

b)

Kaplan, el fluido motriz la atraviesa en la dirección del eje de la máquina (dirección axial), se clasifica como una turbina de reacción. No obstante por ser el grado de reacción menor que la unidad, también aprovechan en parte la energía dinámica del agua. Se utilizan cuando la caída es baja (5 a 15 mts).

c)

Francis, el paso del agua por el rotor se efectúa en forma radial, aprovechando de ésta forma la energía estática del agua. Por tal razón también se denominan turbinas de reacción. Se construyen para caídas medias y bajas (30,5 a 45,7 mts) con una potencia notable; éste tipo es el que se encuentra instalado en Planta Guri.

20

2.3.3

Funcionamiento

 Al abrir las paletas la energía hidráulica que se encuentra almacenada en la represa desciende por la tubería forzada hacia la caja espiral, que se encarga de distribuir uniformemente la presión de agua en el rodete, a través de las paletas fijas y directrices, una vez que el agua choca con los alabes del rodete, es centralizada por el anillo desde la misma y desciende hacia el tubo aspirador para su descarga hacia aguas abajo. La turbina inicia el movimiento aumentando su velocidad a medida que se van abriendo las paletas, las cuales están controladas por el gobernador a través de una señal eléctrica recibida del generador de imanes permanentes.

2.3.4

Componentes

Las turbinas hidráulicas tienen tres componentes fundamentales: • • •

Rodete.  Anillo distribuidor / paletas fijas. Tubo aspirador.

Completan la turbina otros elementos auxiliares que contribuyen a que el aporte de energía del agua pueda realizarse con la mayor eficiencia posible. Los componentes que conforman el conjunto total de una turbina son los siguientes: •

Tubería forzada.

•

Caja espiral.

•

Paletas móviles.

•

 Anillo de operación de las paletas.

21

•

Mecanismo de operación de las paletas.

•

Cubierta superior de la turbina.

•

Caja del sello del eje.

•

Bafle plate.

•

Eje de la turbina.

•

Cojinete guía de la turbina.

•

Detector de vibración.

•

Detector de temperatura.

•

Interruptor diferencial de presión.

•

Detector de nivel de aceite.

2.3.5 2.3.5.1

Descripción de Componentes Tubería Forzada

Es una tubería empotrada en cada monolito de la presa correspondiente a cada unidad, se encarga de conducir el agua desde el lago, a través de las tomas de agua, hacia la caja espiral de cada unidad.

2.3.5.2

Rodete

Es la pieza fundamental de la turbina, formado por alabes instalados en un plato perpendicular al eje de la máquina recibe el choque del agua haciéndolo girar en dirección radial, obteniendo así la energía mecánica deseada. La figura 2.3 muestra un rodete instalado en Casa de Máquinas II Planta Guri.

22

Figura 2.3 Rodete

2.3.5.3

Anillo Distribuidor 

Es la parte de la turbina que guía el agua que se localiza en la caja espiral para dirigirla hacia las paletas directrices. Éste anillo es fijo, se encuentra soldado a la caja espiral y su función es la de servir de soporte al anillo de desgaste y el cual guía a las paletas móviles para que éstas puedan realizar  su recorrido de 90°.

2.3.5.4

Tubo Aspirador 

Es un conducto acodado por el cual se guía el agua que utiliza la turbina hacia el canal de descarga una vez realizada la transferencia de energía. El tubo aspirador es del tipo acodado, en éste tipo de tubo la porción vertical es cónica, la cual gradualmente se achata en la sección del codo y posteriormente descarga horizontalmente a través de dos secciones rectangulares hacia el canal de descarga. El tubo aspirador tiene doble propósito; dar salida del gasto de agua al canal de descarga y al mismo tiempo procurar una ganancia en carga estática hasta el valor de la presión

23

atmosférica, debido a su forma divergente, recuperando así la mayor parte de la energía cinética entregada por el rodete.

2.3.5.5

Eje de la Turbina

Es el que transmite el movimiento mecánico producido en la turbina al generador. El sistema total del eje consta de dos secciones independientes, el eje de la turbina y el eje del generador que están empernados a través de bridas de acero.

2.3.6 2.3.6.1

Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri [4] Ubicación

Las turbinas de las unidades generadoras de la Casa de Máquinas II planta Guri se encuentran entre las elevaciones 113,59 mts y 117 mts, ubicándose en el área de los monolitos como se presenta en la tabla 2.1. Tabla 2.1 Ubicación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri

Turbina N° 11 22 13 14 15 16 17 18 19 20

Monolito 28 27 26 25 24 23 22 1 2 3

24

2.3.6.2

Características

Las turbinas hidráulicas instaladas en las 10 unidades generadoras de la Casa de Máquinas II planta Guri son tipo Francis, cuya velocidad nominal es de 112,5 r.p.m. y fueron fabricadas por la empresa Hitachi LTD, exceptuando las unidades N° 12, 16 y 19 que son marca Toshiba en colaboración con Hitachi, los años de fabricación se presentan en la tabla 2.2. Tabla 2.2 Año de Fabricación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri

Unidad N° 12 – 13 – 14 15 11 – 16 17 – 18 19 – 20

Año de Fabricación 1978 1979 1980 1981 1982

De acuerdo a la caída neta del agua se obtendrán valores de régimen diferentes para las turbinas, en la tabla 2.3 se presentan los valores de potencia de acuerdo a éste parámetro. Tabla 2.3 Régimen de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri

Caída Neta [mts] 111,00 130,00 146,00

Potencia [Kw] 476.000 610.000 730.000

Velocidad [r.p.m.] 112,5 112,5 112,5

La separación física de las turbinas es de 28 mts. El eje tiene un diámetro de 2,7 mts; 6,57 mts de altura y 116 Ton de peso.

25

La tabla 2.4 presenta las características de caída, potencial y descarga. Tabla 2.4 Características de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri

Caída

Potencia

Descarga

Neta nominal Máxima infrecuente Nominal y garantizada Máxima para operación continua a 146 mts Máxima para operación temporal a 146 mts Nominal Máxima para operación continua en 146 mts Máxima para operación temporal en 146 mts

130 mts 146 mts 610 MW 730 MW 767 MW 503 m3/seg 540 m3/seg 576 m3/seg

2.4 GOBERNADOR [6] 2.4.1

Definición

Equipo encargado de controlar la velocidad de la turbina hidráulica bajo cualquier condición de carga.

2.4.2

Funcionamiento

El gobernador detecta la velocidad de la turbina y acciona las paletas móviles de la misma con relación a la señal de velocidad detectada del generador de imanes permanentes, para mantenerla girando a velocidad nominal. Posee alta sensibilidad, rápida respuesta, y puede aplicarse a la operación automática y control automático de frecuencia de una planta eléctrica.

26

2.4.3

Componentes

Los componentes del gobernador se dividen en cinco secciones: 1. Sistema Presurizado de Aceite 2. Sistema de Gobernación 3. Sistema de Pre-Gobernación 4. Cubículo Regulador  5. Sistema de Frenos

2.4.4 2.4.4.1

Descripción de Componentes Sistema Presurizado de Aceite

Se encarga de proporcionar aceite a presión (50 Kg/cm 2), para el funcionamiento de los sistemas de gobernación y Pre-gobernación. A su vez está compuesto por: •

Tanques de presión.

•

Tanque sumidero.

•

Sistema de bombas.

2.4.4.2

Sistema de Gobernación

Es el encargado del control y manejo de los equipos mecánicos que determinarán la velocidad de la unidad; está compuesto por: •

Válvula de distribución.

•

Válvula de emergencia.

•

Válvula 790.

27

•

Válvula 780-1.

•

Servomotores de paletas directrices.

•

Dispositivo de cierre lento.

•

Dispositivo de enclavamiento.

•

Transmisor de posición.

2.4.4.3

Sistema de Pre-Gobernación

Es el encargado de purificar y asegurar que los aceites usados por el sistema de gobernación se encuentren en el estado requerido; está compuesto por: •

Válvulas solenoides de paro completo, enclavamiento del actuador, paro parcial y del actuador.

•

Válvula piloto.

•

Dispositivos para paletas directrices: limitador y manual.

•

Válvulas de control para limitador de paletas, paro parcial y de enclavamiento del actuador.

•

Enclavamiento del actuador.

•

Servomotor auxiliar.

•

Transmisor de límite.

•

Detector de deslizamiento.

•

Interruptores centrífugos de velocidad.

2.4.4.4

Sistema Regulador 

Es el encargado de recibir y adecuar las señales eléctricas de velocidad y procesarlas; está compuesto por: •

Unidad de la fuente de alimentación eléctrica.

28

•

Circuito detector de velocidad.

•

Dispositivo de ajuste de velocidad.

•

Realimentación de potencia.

•

Dispositivos de ajuste de potencia y de caída de velocidad.

•

Circuito PID.

•

Realimentación del servo.

• •

 Amplificador de potencia. Control del regulador.

2.4.4.5

Sistema de Frenos

Disminuye el tiempo de parada de la unidad. Está compuesto por: • •

Zapatas de frenado (20 en las unidades impares y 24 en las pares).  Anillo de frenado.

•

Tanque de almacenamiento de aire.

•

Válvulas neumáticas.

•

Electro-válvulas.

•

Tuberías.

•

Manómetros.

2.4.5 2.4.5.1

Gobernadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri [3] Ubicación

•

Servomotores: elevación 119,75 mts, en el pozo de la turbina.

•

Tablero del gobernador: elevación 131,00 mts, aguas arriba, en la galería para equipos mecánicos, piso 3.

29

•

Cubículo del regulador: elevación 137,50 mts, aguas arriba, en la galería para equipos de maniobra, piso 4, anexo al tablero UCS.

2.4.5.2 • •

Características

Marca: Hitachi LTD.  Actuador: Tipo EG.

•

Banda muerta: 0,02% (hasta el servomotor auxiliar).

•

Tiempo muerto: 0,2 seg (hasta el servomotor auxiliar).

•

Gama ajustable del cambiador de velocidad: 85 – 115% (a la apertura sin carga).

•

Gama ajustable del cambiador de apertura: 0 – 100% de carga.

•

Caída de velocidad o regulación de velocidad: 0 – 10%.

•

Gamas ajustables de los elementos del PID: ♦

Ganancia del elemento P (K p) 0,5 – 12, en la condición de la línea OFF 1,0 – 20, en la condición de la línea ON

♦

Ganancia del elemento I (K I) 0,1 – 5, en la condición de la línea OFF 0,1 – 5, en la condición de la línea ON

♦

Ganancia del elemento D (K D) 0,1 – 10

2.4.5.3 •

Fuentes de Alimentación

Eléctricas: ♦

125 VCC provenientes del tablero UCS para alimentar el circuito de control eléctrico.

30

♦

120 VAC provenientes del tablero UCS para alimentar el circuito del selsins del gobernador, regulador del gobernador.

•

Hidráulica: proveniente del tanque de alta presión de aceite para el sistema de gobernación y pre-gobernación.

2.5 GENERADOR ELÉCTRICO [6, 8, 11, 15] 2.5.1

Definición

Dispositivo que transforma la energía mecánica de rotación en energía eléctrica.

2.5.2 a)

Tipos Asincrónicos, el rotor no gira a la misma velocidad del campo magnético que produce la corriente del estator.

b)

Sincrónicos, el rotor gira a la misma velocidad del campo magnético que produce la corriente del estator. Éstos a su vez se subdividen en: ♦

Cilíndrico, generador de polos no salientes, es decir, de polos

magnéticos construidos al ras de la superficie del rotor. Se emplea usualmente para dos y cuatro polos. ♦

Polos salientes, el término saliente significa “protuberante”, y un polo

saliente es un polo que sobresale de la superficie del rotor. Se emplea para cuatro o más polos.

31

2.5.3

Funcionamiento

El movimiento mecánico de la turbina es transmitido al generador por medio del eje haciendo girar el rotor. Para inducir la tensión en el generador se recurre al proceso de excitación, inyectando corriente directa en la bobina del rotor, de ésta manera se produce un campo magnético que se mueve sobre los conductores del estator, por lo cual aparece el voltaje inducido deseado sobre los terminales del mismo; el resultado de éste proceso es que se tendrá un campo magnético que gira con el rotor, en éste momento se dice que la unidad se encuentra excitada en vacío, ya que aún no ha sido sincronizada al sistema de potencia.

2.5.4

Componentes

Los generadores eléctricos están compuestos por dos partes fundamentales: •

Rotor.

•

Estator.

Completan el generador otros elementos eléctricos, mecánicos y de protección, éstos son: •

Bobinas.

•

Polos.

•

Barras de corriente continua.

•

 Anillos rozantes.

•

Escobillas.

•

Barras de fase aislada.

32

•

Enfriadores de aire del generador.

•

Ménsula superior del generador.

•

Cojinete guía superior del generador.

•

Enfriamiento cojinete superior del generador.

•

Detectores de temperatura aceite y metal cojinete guía superior del generador.

•

Ménsula inferior del generador.

•

Cojinete de empuje y guía del generador.

•

Sistema de enfriamiento cojinete de empuje y guía del generador.

•

Detector de temperatura aceite y metal cojinete guía y empuje del generador.

2.5.5 2.5.5.1

Descripción de Componentes Rotor 

Es un gran electroimán, construido por una estructura de hierro de forma circular, con polos salientes y laminaciones para reducir las pérdidas por  corrientes parásitas. Su periferia está formada por láminas superpuestas, se le denomina inductor. Posee una estructura interna llamada araña, la cual está conformada por un cubo central y secciones externas soldadas conjuntamente para formar la estructura básica del rotor, tal como se presenta en la figura 2.4. La araña provee soporte a los 64 polos y transmite el torque a la sección de fondo de la corona mediante chavetas, a su vez permite dirigir el flujo de aire a los ductos del bastidor del estator.

33

 Araña

Figura 2.4 Corte transversal del rotor  El rotor cuenta con amortiguadores de vibración, colocados en las cavidades interpolares (entre polos), que tienen como finalidad contrarrestar los efectos de vibración propios del rotor, éstos amortiguadores de vibración son de igual número que los polos. •

Polos: son piezas en forma rectangular colocadas en la periferia del rotor y conectadas en serie. Están formados por un núcleo de hierro laminado y bobinas de cobre. Es donde se crea la fuerza electromotriz inductora cuando se le inyecta tensión de corriente continua.

•

Devanado de amortiguamiento: son barras de cobre puestas dentro de unas ranuras talladas en la cara de los polos del rotor y luego cortocircuitadas en cada extremo de los polos por una barra de cobre. Cada polo está provisto de un amortiguador para el devanado, el cual tiene como finalidad amortiguar las oscilaciones que se presenten en la unidad durante sus condiciones de operación. Cuando ocurre una variación en el sincronismo del campo magnético del rotor y el campo magnético del estator por oscilaciones en el sistema, el rotor 

34

momentáneamente se acelerará o frenará, y a éstos cambios se opondrá el devanado amortiguador. Los devanados amortiguadores contribuyen a la estabilidad total del sistema de potencia, reduciendo la magnitud de los transitorios de par y potencia. •

Barras de corriente continua: son 2 barras, una positiva (+) y una negativa (-), salen desde el cubículo de excitación y van hasta los anillos rozantes del generador. Se encargan de llevar la tensión de excitación del generador.

•

 Anillos rozantes: la unidad del colector o toma de corriente consiste en 2 anillos de acero aislados eléctricamente, uno positivo (+) y uno negativo (-), ubicados dentro de la ménsula y por encima del cojinete guía superior del generador, sobre un eje de soporte al colector montado en forma integral junto con la araña del rotor. Se encargan de recoger la tensión que proviene del cubículo de excitación para suministrar corriente continua a los polos del rotor. En la parte frontal de los anillos se han grabado rendijas en espiral con los siguientes propósitos: a) Mantener limpia la cara de contacto de las escobillas fomentando así el desarrollo de una corriente de distribución uniforme sobre la cara de la escobilla. b) Propiciar el enfriamiento de la superficie.

La excitación de campo es suministrada a los anillos a través de la unidad del aparejo de escobillas del colector, la cual queda ajustada por las escobillas colectoras de carbón en cajas sometidas a fuerza constante.

35

•

Escobillas: son piezas que sirven para mantener el contacto entre los conductores y el rotor para la entrada y salida de corriente. Son 45, colocadas en cada anillo colector, positivo y negativo, en unidades impares y 51 en unidades pares. Las escobillas tienen contacto con los anillos colectores para dar paso a la tensión de excitación del generador.

2.5.5.2

Estator 

También llamado devanado de armadura, es el inducido del generador; está formado por láminas superpuestas, tiene forma de circunferencia, con un diámetro de 16,6m; 552 ranuras para unidades impares y 624 ranuras en las pares. El estator absorbe el flujo magnético producido por el rotor. Consiste de un bastidor, un núcleo y un devanado. •

Bastidor: manufacturado a partir de planchas de acero, requiere de ménsulas individuales para anclaje a los cimientos. El aire de enfriamiento proveniente del rotor es forzado a través de los ductos hacia los 12 enfriadores de aire superficiales alrededor de la periferia del bastidor y luego es recirculado a través del rotor.

•

Núcleo laminado: se apila en pestañas de cola de pato, las cuales van soldadas al bastidor del estator. Los ductos radiales de enfriamiento en el núcleo están distribuidos equitativamente desde el tope hacia el fondo del núcleo apilado.

•

Devanado del estator: está formado por barras aisladas en las ranuras del núcleo del estator, unidas en los extremos para formar bobinas de una sola vuelta y quedar cortadas a las correspondientes correas de fase

36

mediante conectores sólidos aislados de cobre (torones) arreglados en forma de barras rectangulares. El devanado del estator está equipado con 12 detectores de temperatura (RTD) localizados entre la barra superior e inferior del estator, en las ranuras del estator, los cuales supervisan las temperaturas de la barra del estator. Además, está equipado con un conjunto de termostatos que tienen como función activar la protección del sistema contra incendio del generador (CO 2) cuando ocurra un aumento de la temperatura a 105°C. Son 12 termostatos para las unidades pares y 24 para las impares, colocados sobre el bastidor del estator, de los cuales la mitad están colocados sobre el bastidor y la otra mitad en cada ranura de enfriadores superficiales del generador. Los conductores de cobre trenzado se llevan hasta suficiente proximidad protegiéndose con aislamiento trenzado y acodándose en el espacio determinado, formando de ésta manera un punto de cruce. Se conducen luego en espiral, todos  juntos para formar una barra rectangular, quedando moldeada con mayor  compacticidad, se colocan 2 barras por cada ranura. Éste método de transposición de conductores minimiza las pérdidas de circulación en el cobre. El estator cuenta con nueve deshumificadores localizados alrededor de la periferia del marco del estator, donde su función es prevenir que ocurra condensación dentro del generador cuando la unidad está parada.

2.5.5.3

Cojinetes del Generador 

El generador está compuesto por dos unidades de cojinetes individuales y separados, un cojinete de guía superior del rotor y un cojinete de guía y empuje, o combinado, del rotor. Cada una de las unidades del cojinete es auto-contenida y está provista de un reservorio de aceite y de intercambiadores de calor aceite-agua.

37

La energía potencial de la presa debido al nivel de altitud del agua llega en forma de energía cinética al rodete de la turbina, produciéndose una potencia mecánica de entrada, la cual transmite al generador a través del eje del mismo, es de hacer notar que el eje produce vibraciones y movimiento al girar, por lo tanto es necesario conectar un cojinete guía de la turbina (CGT), cojinete guía combinado (CGI) y el cojinete guía superior (CGS). El cojinete guía combinado se muestra en la figura 2.5 para su mejor apreciación.

Figura 2.5 Cojinete guía combinado del generador 

Poseen unas pastillas especiales que rozan con el eje, el cual tiene una mínima película de aceite, con ésto el eje del conjunto permanece verticalmente estable. Es necesario calcular las pérdidas de cada cojinete como parte de las pérdidas totales del generador. •

Cojinete guía superior: es un cojinete segmentado de 14 piezas para las unidades impares y 16 para las pares, de forma circular, las cuales van colocadas en la periferia del eje superior y reposa sobre una superficie pulida de presión sobre el eje. Son de acero con superficie de antifricción (babbit) de corrimiento, provista de ranuras con aceite de lubricación, el cual descansa sobre anillos aislados colocados en la ménsula superior del

38

generador previniendo el flujo de corriente desviadas a través de las partes del generador. Su objetivo es soportar los movimientos axiales que se producen en el eje para que la misma permanezca centralizada. •

Cojinete de empuje y guía inferior (combinado): los cojinetes son dispositivos mecánicos que según su función y construcción son de dos tipos, soporte o empuje y guía. El cojinete de soporte o empuje por su característica es el encargado de soportar toda la masa rodante de la unidad como es el rodete (138 Ton), el rotor (1200 Ton), eje turbina generador (120 Ton), eje superior del generador (21 Ton) y los anillos colectores del circuito de excitación (30 Ton) y el empuje hidráulico de la turbina. Está constituido por 24 zapatas de metal antifricción (babbit), las cuales descansan sobre 96 resortes tipo espiral precomprimidos. Las pastillas están sumergidas en un cárter de aceite cuyo volumen es de 16.000 lts para las unidades impares y 21.000 lts para las pares.

El cárter tiene forma circular con un volumen de aceite de 2.000 lts para unidades impares y 600 lts para las unidades pares; es enfriado por agua mediante dos serpientes. •

Ménsula superior del generador: es la estructura metálica que tiene forma circular cuya finalidad es soportar el peso del cojinete guía superior del generador, anillos rozantes, generador de imanes permanentes, vigas, tapas, entre otros.

El cojinete guía inferior del generador es un conjunto de pastillas que tienen forma circular, van colocadas en la periferia del anillo del eje del generador, en las unidades impares son 34 pastillas y en las pares 26, las cuales son lubricadas con el mismo aceite del cojinete de empuje por fuerza centrífuga.

39

Cuando la unidad está funcionando el cojinete guía tiene la función de evitar  los movimientos radiales de la unidad para que permanezca centralizada. •

Ménsula inferior del generador: es la estructura metálica que tiene forma de estrella, su finalidad es soportar el peso de la unidad rodante.

2.5.5.4

Generador de Imanes Permanentes (PMG)

Es un generador de imanes que está acoplado a un eje (rotor) y gira a la velocidad de la turbina, induciendo una tensión en el estator. Ésta tensión varía de acuerdo a la velocidad de la turbina y se utiliza para activar al solenoide del actuador (20AS), que es el encargado de actuar a la válvula piloto del gobernador, para poner en servicio el gobernador de velocidad, que a su vez se encarga de ordenar a los servomotores de cierre o apertura de las paletas, para mantener girando la turbina a velocidad constante.

2.5.6 2.5.6.1

Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri [2] Ubicación

Nave de generadores entre las elevaciones 128,30 mts y 137,50 mts, entre las galerías aguas abajo y aguas arriba de la Casa de Máquinas II.

2.5.6.2

Características

Los generadores de la Casa de Máquinas II se dividen en dos grupos, unidades pares y unidades impares, esto se debe a la casa fabricante de las mismas tal como se aprecia en la tabla 2.5:

40

Tabla 2.5 Fabricantes de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri

UNIDADES PARES Generador N° Fabricante 12 14 Canadian General 16 Electric 18 20

UNIDADES IMPARES Generador N° Fabricante 11 Mitsubishi 13 Toshiba 15 Hitachi 17 Siemens 19 Toshiba

Las características eléctricas principales de los generadores impares se presentan en la tabla 2.6. Tabla 2.6 Características de los Generadores impares de la Casa de Máquinas II Planta Guri

TIPO SERVICIO POTENCIA VELOCIDAD NOMINAL NÚMERO DE POLOS CORRIENTE VOLTAJE DE EXCITACIÓN CORRIENTE DE EXCITACIÓN FACTOR DE POTENCIA FRECUENCIA AMPERIOS DE CAMPO

Semi – Paragua Continuo Nominal 700 MVA Máxima 805 MVA 112,5 r.p.m. 64 Nominal a 700 MVA 22.453 Amp Nominal a 805 MVA 25820 Amp 500 V 2.575 Amp 0,9 60 Hz 2575

Las unidades pares poseen las mismas características presentadas en la tabla anterior, sin embargo se diferencian en dos aspectos, éstos se presentan en la tabla 2.7 para mejor entendimiento.

41

Tabla 2.7 Características de los Generadores pares de la Casa de Máquinas II Planta Guri

POTENCIA 700 MVA 805 MVA VOLTAJE DE EXCITACIÓN CORRIENTE DE EXCITACIÓN

400 V

450 V

2700 Amp

2930 Amp

Las dimensiones generales y el peso del rotor, estator y el eje se resumen en la tabla 2.8. Tabla 2.8 Dimensión y peso de los componentes principales de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri

ROTOR ESTATOR EJE

2.5.6.3

DIÁMETRO [mts] PESO [Ton] ALTO [mts] 13,6 1200 (sin eje) 4,0 16,6 740 6,1 2,75 90 ***

Fuente de Alimentación

La fuente de alimentación proviene inicialmente del tablero UADS-D respectivo con tensión de 480 VAC, la cual se reduce e invierte a 230 VDC por medio de los diferentes elementos de la excitatriz. Cuando el generador  es excitado y alcanza una tensión de 12 a 13 kV, ésta fuente de alimentación sale de servicio y pasa a ser autoalimentado desde el mismo generador a través del transformador de excitación. El circuito de control es alimentado con 125 VDC desde el tablero de distribución, ubicado en el tablero UCS.

42

2.6 CONEXIÓN EN PARALELO DE GENERADORES ELÉCTRICOS [6] La conexión en paralelo de generadores eléctricos ofrece confiabilidad en el servicio suministrado, no obstante para que ésta maniobra no represente peligro al sistema de potencia se deben cumplir las condiciones que se enumeran a continuación: 1. Igual secuencia de fases. 2. Igual frecuencia. 3. Igual tensión en los bornes de conexión. 4. Instante de sincronismo.

2.6.1

Igual Secuencia de Fases

Ésta condición es permanente y se verifica generalmente la primera vez que se conecta en paralelo el generador. Físicamente ésta condición implica que los campos magnéticos giratorios giren en el mismo sentido, de tal manera que se produzca el mismo desfase de f.e.m. inducida en ambos lados de la conexión a realizar.

2.6.2

Igual Frecuencia

Ésta condición debe ser tan exacta como sea posible y se verifica en cada conexión, independientemente de que se haya realizado la primera vez, esto se realiza a través de frecuencímetros conectados en cada una de las máquinas, en caso de ser diferentes se regula la velocidad del generador.

43

2.6.3

Igual Tensión

Implica igualdad de tensión en los bornes a conectar, y se verifica a través de voltímetros conectados en ambas máquinas, en caso de ser diferente se regulará la excitación del generador que se está conectando en paralelo.

2.6.4

Instante de Sincronismo

Es el instante en que se debe cerrar el interruptor de conexión en paralelo, lo cual ocurre cuando la sinusoide de tensión de cada máquina coincide en magnitud y fase, dicho instante puede determinarse en forma manual o automática.

2.6.5

Conexión en Paralelo de los Generadores de Planta Guri

El proceso de sincronización en Planta Guri puede realizarse de dos modalidades: a)

Manual: no recomendada por el peligro que ésta representa al sistema de potencia. Los parámetros necesarios para la sincronización son verificados por el operador en el Patio de Distribución y es éste quien da la orden de cierre del interruptor.

b)

Automático: el sincronizador es el encargado de verificar los parámetros necesarios para la conexión en paralelo y quien da la orden de cierre del interruptor.

En el Patio de Distribución de planta Guri se encuentra un sincronizador para cada una de las unidades generadoras instaladas en ambas Casas de Máquinas, por medio de éstos se realiza la conexión en paralelo de las

44

unidades. Por ser la unidad generadora en estudio la N° 15, se describe a continuación tanto los pasos de preparación previos, como el funcionamiento de los sincronizadores de las unidades N° 11 a 20 (ver Anexo 2.a, HGSO-325-014). En el Patio de Distribución se debe tener el seccionador de tierra del generador abierto, el seccionador de línea del generador cerrado, la bahía de la unidad abierta y disponible el interruptor de barra. Para el proceso de sincronización de una unidad generadora se debe tener la máquina girando, excitada y en control automático en el tablero UCS. En casa de mando del Patio de Distribución de 800 kV se encuentra un selector de sincronización identificado como C-25, el cual tiene tres (03) posiciones: manual, fuera y auto. Pasando el selector a la posición AUTO, en el C-25 del interruptor  seleccionado para la sincronización automática, se energiza un relé auxiliar  de función de sincronización automática identificado como 25Y-A, el cual se encuentra ubicado en el circuito de selección de sincronización; una vez energizado, dicho relé manda a cerrar dos contactos auxiliares, al cerrarse el primero de ellos se energiza un relé auxiliar repartidor de tensión sincronoscopio - casa de mando identificado como 25X-3 y el segundo

contacto auxiliar predispone al circuito de inicio o arranque del sincronizador. El relé 25X-3 al quedar energizado manda a cerrar y abrir unos contactos auxiliares, ubicados en el circuito de repartición de las tensiones, para así llevar las señales de tensiones de línea del generador y barra, provenientes del circuito de llegada y repartición de las tensiones hacia el sincronoscopio de casa de mando.

45

Una vez que el operador del Patio de Distribución da la orden de arranque al sincronizador del interruptor desde el tablero mosaico, identificado como C52 para la sincronización automática, ubicado en el circuito de inicio y arranque del sincronizador, como éste circuito se encontraba ya predispuesto, se energizan los relés auxiliares función sincronización automática, identificados como 25X5-1 y 25X5-2, que una vez energizados cierran y abren unos contactos auxiliares ubicados en el circuito de camino de tensiones hacia el sincronizador, llegando de ésta manera las señales de tensiones de línea del generador y barra al sincronizador automático identificado como 25, y también cierra y abre otros contactos auxiliares ubicados en el circuito de polaridad para el sincronizador automático y así predisponer la energización del relé 25X-1, el cual es un relé auxiliar de cierre automático; una vez que el sincronizador automático a través del equipo de control de tonos (C.T.E.) del Patio de Distribución y Casa de Máquinas II verifiquen las señales de barra y tensión, y estando dichas señales óptimas para el sincronismo, se energiza el relé (25X-1) y manda a cerrar un contacto auxiliar en el circuito de cierre del interruptor, quedando así culminado el proceso de sincronización automática. En caso de que la llave sea retirada una vez se inicia el proceso de sincronización de la unidad, el mismo continua, ya que en el circuito de inicio del sincronizador existen contactos cerrados del relé 25X5-2 que mantienen los contactos del circuito de sincronización. Para que no se cumpla el proceso de sincronización se debe cumplir que las condiciones de sincronismo no sean las adecuadas y pase el tiempo reglamentario, que es de cinco (05) minutos y está supervisado por un relé temporizado de sincronización, ubicado en el circuito de inicio o arranque del sincronizador e identificado como 25-T, el cual manda a cancelar el proceso

46

cuando pasa el tiempo reglamentario, teniendo que darse una nueva orden de arranque al sincronizador para que el proceso se reinicie.

III Antecedentes de la Unidad Nº 15 de CMG-II Capítulo

3.1 INTRODUCCIÓN En el año 1985 inicia la operación comercial la unidad generadora Nº 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri. El presente capítulo ofrece al lector la posibilidad de detallar por año, tanto las anomalías, como los trabajos resaltantes del generador en estudio, de ésta forma puede crearse un bosquejo más claro de la situación actual de la unidad. Es importante señalar que la información recopilada fue extraída de las bases de datos del Sistema de Información de la Hidroeléctrica Guri (SIHG) y del Sistema de Administración de Operaciones (SAO).

3.2 HISTORIAL [5] 3.2.1 •

Año 1991

Durante una parada por mantenimiento de extensión del forro del tubo aspirador, y modificación del cono del rodete, por inspección visual se observó desplazamiento en algunos paquetes laminados del estator.

47

48

3.2.2

Año 1992

Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la investigación de la situación actual del generador.

3.2.3 •

Año 1993

El interruptor Z1520 falla en el Patio de Distribución, manteniendo la unidad conectada al sistema de potencia a través de la fase “C”, momento en el cual se decide desexcitar

la unidad, incurriendo así en una

operación no segura, hecho que conllevó a una activación del Paro Eléctrico por actuación de la protección de Discordancia de Polos en Casa de Máquinas. La situación descrita originó altas corrientes que generaron elevadas temperaturas, ocasionando daños en: a) Aislamiento de los polos del rotor. b) Laminado del estator. c) Resistencias de descarga de campo de la excitatriz. d) Bobinado del estator. e) Desplazamiento entre las secciones Nº 4 y 5, Nº 4 y 3, Nº 6 y 1,

de

la carcasa del estator. La primera lámina del primer paquete de la carcasa del estator, frente a las uniones de las secciones mencionadas, se encontraron desajustadas y con vestigios de oxidación. •

Revisión general y cambio de la fase “C” del seccionador Z1593, de la línea a Patio de Distribución de 800 kV, ésta fue calibrada con respecto a las fases “A” y “B”.

49

3.2.4 •

Año 1994

En enero se inicia el cambio de las 552 barras estatóricas delanteras, trabajo que culmina en enero de 1996.

•

Los especialistas de Hitachi, de acuerdo a resultados obtenidos en las pruebas de EL CID, detectan daños con pérdidas parciales de material en algunos paquetes laminados del estator.

•

Según procedimiento especificado por los especialistas son reparados los paquetes laminados dañados.

•

Se realizan pruebas de LOOP con la finalidad de detectar puntos calientes en el núcleo del estator.

3.2.5 •

Año 1995

Se realiza modificación en las uniones entre las secciones que conforman la carcasa del estator soldando planchas de refuerzo.

•

Una vez finalizada la reparación del núcleo del estator son realizadas nuevamente pruebas de LOOP verificando la efectividad de la misma.

3.2.6 •

Año 1996

Una vez finalizada las reparaciones de la unidad, ésta entra en servicio nuevamente en marzo.

•

Se realizan pruebas de alto potencial DC controlado por fase “A”, las mismas arrojan resultados satisfactorios.

50

•

Se efectúan pruebas de calentamiento con carga, llevando la unidad a potencia

nominal

escalonadamente,

la

misma

arroja

resultados

satisfactorios.

3.2.7 •

Año 1997

La excitatriz es revisada por presentar ruido anormal en su funcionamiento, ésta revisión constó de varias pruebas, tales como: bajar  y subir potencia, así como conectar y desconectar el estabilizador de potencia. Dichas pruebas no mostraron variación de parámetro alguno y el equipo se dejó funcionando normalmente.

•

Con la finalidad de comenzar una investigación que determinara el origen de la anomalía al momento de la sincronización, se realizan pruebas y registro de parámetros eléctricos en el Tablero UCS. También es registrada en la excitatriz la tensión de campo, tensión del generador y potencia reactiva al momento de la sincronización.

•

En febrero es realizado un registro de armónicos de tensión y corriente con el propósito de analizar los resultados posteriormente, dicho informe no ha sido aún concluido.

•

En julio se realiza inspección visual los paquetes superiores e inferiores del laminado estatórico, en la misma se observa desprendimiento de pintura.

•

Son inspeccionados los cabezales superiores e inferiores de las bobinas, el transformador de corriente, las salidas de fase, cabezales de polos y llanta del rotor. Todo es encontrado en normal estado.

51

3.2.8 •

Año 1998

En el tablero duplex del Patio de Distribución de 800 kV se realizan pruebas de sincronización en vacío, encontrando falso contacto en el relé 25XCS, impidiendo la llegada de la tensión línea del generador al sincronizador, éste contacto es intervenido y normalizado.

•

En el monitor de temperatura del Tablero UCS es revisado el AN-80 (temperatura devanado de la fase “A”), encontrándose variaciones desde campo. El trabajo de chequeo fue realizado a nivel del detector.

3.2.9

Año 1999

Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la investigación de la situación actual del generador.

3.2.10 Año 2000 Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la investigación de la situación actual del generador.

3.2.11 Año 2001 •

En julio de éste año es reportado nuevamente el ruido fuerte que se escucha del generador al momento de su sincronización al sistema de potencia.

3.2.12 Año 2002 Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la investigación de la situación actual del generador.

52

3.2.13 Año 2003 Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la investigación de la situación actual del generador.

3.2.14 Año 2004 •

 A principio de año, al sincronizar, la unidad tomó más de 70 MVAR bajando seguidamente la carga.

•

El 9 de noviembre ocurre una falla a tierra en el núcleo del estator, por  inspección visual se determina que las bobinas que ocasionaron ésta falla son la N° 397 y la N° 529.

IV Pr otocolo de Pr uebas de Investigación Capítulo

4.1 INTRODUCCIÓN C.V.G. EDELCA exige a los departamentos que requieran realizar alguna prueba sobre los diferentes equipos, la presentación del procedimiento, llamado también protocolo, a seguir durante la aplicación de las mismas, ésto con la finalidad de garantizar tanto la seguridad del personal como de los mismos equipos. La presente investigación incluyó la realización de una serie de pruebas, el siguiente capítulo explica los diferentes tópicos que se tienen presentes en la elaboración del protocolo en cuestión.

4.2 VARIABLES DE ESTUDIO 4.2.1

Vibración [6, 8]

 Aunque los principios de la vibración fueron descubiertos desde hace décadas, éstos no fueron aplicados en la industria sino hasta principios de los años 60. La iniciativa para aplicación de éstos estudios surgió de la  Armada Naval de los Estados Unidos de Norte América, de la industria petroquímica y de las plantas nucleares de generación de energía.

53

54

Cada máquina que esté fallando, no importa si ésta falla es de naturaleza mecánica o eléctrica, genera vibraciones a una específica frecuencia, muestra de ello es el desbalanceo, que ocurre a una frecuencia de valor igual a la velocidad de rotación de la flecha, ésto es porque el punto de desbalanceo del rotor pasa a través del sensor de vibración, una vez por  cada revolución de la flecha. De forma similar, otras frecuencias que son leídas a través

de los

instrumentos, corresponden a otro tipo de fallas comunes como: desalineamiento, cavitación, deformación y/o desajuste de cojinetes, entre otros. Los parámetros con los que se cuenta en la actualidad para determinar los niveles aceptables de vibración, provienen de tablas de los fabricantes del equipo y tablas de normatividad, como lo es la International Organization for  Standarization (ISO) [9], ésta se presenta en el anexo 4.a para su estudio en caso de ser necesario.

4.2.2

Aislamiento [7, 14, 16, 17, 18]

El análisis de descargas parciales es el método más popular para la prueba en línea del aislamiento de motores y generadores. El análisis de descargas parciales se ha convertido en un estándar en todo el mundo para la mayoría de las empresas suministradoras de energía eléctrica y grandes industrias. Las descargas parciales son chispas debido al flujo de electrones cuando un pequeño volumen de gas se rompe dieléctricamente. Ésta ocurre en intersticios dentro del mismo aislamiento eléctrico o adyacente al aislamiento de estatores de alta tensión. El término parcial es usado ya que existe un

55

aislamiento sólido, tal como mica epóxica en serie con el intersticio, lo cual previene una ruptura completa. Las descargas parciales son a menudo el resultado del daño causado por  otras fuerzas térmicas, mecánicas y químicas, actuando en el devanado del estator. El desarrollo progresivo de éstas descargas es el mayor síntoma de deterioro del aislamiento, contribuyen también al envejecimiento del sistema dieléctrico de las máquinas erosionando o deteriorando el aislamiento. La ocurrencia de descargas parciales en sólidos trae como consecuencia la destrucción del material aislante debido al bombardeo de las partículas cargadas, pudiendo alterar la estructura molecular, y de aparecer ácido nítrico, la destrucción del aislamiento por oxidación. En las fotografías que se presentan a continuación (figura 4.1) se pueden observar éstas consecuencias, producto de las elevadas temperaturas sufridas por el estator en la falla a tierra ocurrida el martes 09 de septiembre del 2004.

Figura 4.1 Daños apreciables del estator unidad N° 15 de CMG-II

56

Si bien el análisis de descargas parciales permite determinar el estado del aislamiento la pregunta que surge es cómo saber qué tipo de descarga presenta la gráfica obtenida, para ello existe una serie de patrones por los cuales se realizan comparaciones, y conjuntamente con la experiencia, se establece el tipo de descarga que presenta la unidad, éstos patrones se presentan en la tabla 4.1 junto a su respectiva descripción. Tabla 4.1 Patrones de Descargas Parciales obtenidos en pruebas de Laboratorio

TIPO DE DESCARGA PARCIAL

PATRÓN

DESCRIPCIÓN

Descargas internas

Estas descargas ocurren en el seno o muro del aislamiento del devanado dentro de huecos o cavidades existentes.

Descargas de corona

Estas descargas ocurren en los extremos o cabezales del devanado, específicamente en la junta de la pintura semiconductora y la pintura gradiente (o anticorona).

Descargas barra a barra

Estas descargas ocurren en los extremos del devanado entre dos barras de diferente fases y alto voltaje cuando la distancia es demasiado pequeña o entre una bar  de alto voltaje y una cercana al neutro.

57

Descargas de ranura

Estas descargas toman sitio entre el laminado del núcleo magnético del estator y la superficie de las barras de bobinas dentro de la ranura.

Descargas superficiales

Estas descargas toman sitio en los extremos (o cabezales) del devanado originado por sucio (o contaminación) o por una mala graduación de la pintura anticorona.

4.2.3

Corriente y Tensión [6, 7, 8]

La forma de onda de la corriente y la tensión proveniente del generador, es un parámetro de gran importancia para el buen funcionamiento de la unidad. Cuando éstas ondas presentan distorsión el proceso de sincronización al sistema de potencia puede verse afectado, recordemos las cuatro condiciones para la conexión en paralelo de generadores: igual secuencia de fase, igual tensión de barra, igual frecuencia e instante de sincronismo. La presencia de armónicos no deseados en la forma de onda no permite al sincronizador automático un óptimo desempeño puesto que las magnitudes y fases no coinciden como deberían. El Ing. Pedro Mora en su libro, “ Máquinas Sincrónicas: diseño, operación y  funcionamiento ”, hace referencia a la pureza de onda que se puede obtener 

58

de un generador de acuerdo al diseño implementado por el fabricante. La unidad generadora en estudio fue diseñada para obtener una sinusoide limpia y continua, sin embargo ha sufrido fallas que han afectado su estructura física desde la puesta en servicio comercial, es por ello que surge la necesidad del estudio de éstas ondas, obteniendo así mayor información para analizar por parte del generador.

4.2.4

Potencia Activa y Potencia Reactiva [6, 7, 8]

Cuando un generador es conectado a un sistema de potencia la tensión y la frecuencia

permanecen inalterables ante cualquier variación que pueda

producir la máquina conectada, por lo tanto podrá absorber o proporcionar  potencia activa o reactiva. La tensión y la frecuencia son controladas por el sistema al cual se está conectado, por tal motivo la frecuencia de conexión de la máquina debe ser  ligeramente superior a la de la red de conexión, con la finalidad de que se consiga el instante de sincronismo. Cuando funciona como generador suministrando activos a la carga, cualquier  aumento de la potencia mecánica producirá mayor potencia activa y un aumento del ángulo par. Físicamente se producirá un adelanto de la posición del rotor respecto a su posición de referencia, si la carga permanece constante, la potencia restante será absorbida por la barra infinita, la cual por  definición estará en capacidad de absorberla. De igual manera, la tensión a conectar será la tensión de la barra, como ésta viene impuesta por la red, y existe potencia aparente aportada por la máquina, la misma presentará en éstas condiciones una corriente con factor  de potencia en adelanto, en consecuencia absorberá reactivos de la red, por 

59

lo tanto debe elevarse la tensión suministrada al campo excitador por medio del regulador de tensión, con la finalidad de que pueda suministrar reactivos. La medición de éstos parámetros permite la observación del comportamiento de la unidad, bien sea en el aporte o absorción de potencia, tomando en consideración el precedente de que la máquina en varias oportunidades consumía valores considerables de potencia reactiva al momento de la sincronización, hecho que no ocurría en otras unidades de la Casa de Máquinas.

4.3 PROTOCOLO DE PRUEBAS 4.3.1

Justificación

Fundamentados en la búsqueda del mejoramiento continuo que lleva a cabo C.V.G. EDELCA, el Departamento de Operaciones Guri luego de una serie de reuniones, y en consulta con su personal, toma la decisión de que en caso de realización de pruebas que puedan afectar al sistema de potencia, sobre equipos de alguna de sus Casas de Máquinas, el responsable del trabajo debe presentar ante la Sección de Planificación y Coordinación de éste departamento, el procedimiento por escrito, llamado también protocolo de prueba. En caso de que las pruebas a realizar involucren la participación de varios departamentos, éstos deben realizar sus trabajos bajo la figura del solicitante principal, de ésta manera la coordinación y realización de la tarea será lo más fructífera posible. El responsable de la prueba se limitará a realizar la tarea descrita en el procedimiento presentado y en caso de requerirse una maniobra adicional

60

deberá consultar con el supervisor de guardia, de ésta forma no se arriesga la seguridad del personal así como la de los equipos.

4.3.2

Descripción

Como ya fue explicado el responsable del trabajo será el encargado de la elaboración del protocolo de prueba en cuestión; para la investigación en desarrollo, el mismo fue estructurado con la colaboración del Departamento de Investigaciones y Pruebas de Generación de C.V.G. EDELCA, sin embargo éste debe estructurar el mismo de acuerdo a las condiciones exigidas por el Departamento de Operaciones Guri, los cuales solicitan que cada protocolo incluya:  A.- Objetivo B.- Requerimientos C.- Descripción de las pruebas D.- Procedimiento E.- Normas aplicables F.-

Esquema de medición

G.- Lista de instrumentos H.- Cálculos I.-

Mediciones

J.-

Observaciones

K.- Resultados L.-

Conclusiones

El anexo 4.b presenta el protocolo elaborado para las pruebas realizadas el 8 de noviembre de 2004, en el mismo se pueden detallar las condiciones nombradas, sin embargo, los puntos I, J, K y L fueron desarrollados de manera independiente para cada una de las pruebas por decisión en

61

conjunto de Departamento de Operaciones Guri y el Centro de Investigaciones Aplicadas (CIAP).

4.3.3

Aplicación

El sábado 6 de noviembre de 2004 bajo el permiso de trabajo N° 315592 fue instalada la instrumentación para la elaboración de las pruebas. Los sensores de vibración fueron dispuestos en el núcleo del estator del lado aguas abajo y aguas arriba de la unidad, en la figura 4.2 se observan los sensores utilizados así como los trabajos realizados para su instalación.

Figura 4.2 Instalación de sensores de vibración, pruebas unidad N° 15, CMG-II

62

Los instrumentados utilizados para la medición de tensión, los transductores de potencia activa y potencia reactiva y las resistencias shunt para la medición de las corrientes de fase fueron instalados en la cikura del UCS de la unidad (por medio de la cikura de logra la instalación de instrumentos de medición para pruebas en caliente), ésta labor fue realizada bajo el mismo permiso de trabajo con el cual se instalaron los sensores de vibración. En las siguientes fotografías (figura 4.3) se puede detallar el UCS, la cikura del UCS y los equipos instalados.

Figura 4.3 Instalación de equipos en la cikura del UCS, pruebas unidad N° 15, CMG-II

63

En éste punto es necesario resaltar que debido a las condiciones dinámicas del sistema no fue posible realizar las pruebas que se tenían previstas durante el proceso de sincronización y posteriormente variando la carga de la unidad, los resultados obtenidos que se presentan en el Capítulo V corresponden a los registros de la unidad en condición de máxima carga.

V Registr o y Análisis de Data Capítulo

5.1 INTRODUCCIÓN La importancia de la toma de registros se encuentra precisamente en el análisis que se les realice, por tal motivo se presenta el siguiente capítulo, en el cual el lector tendrá la oportunidad de observar los resultados obtenidos de los diferentes parámetros de estudio en las pruebas realizadas el 8 de noviembre de 2004 a la unidad N° 15, así como el estudio realizado a los mismos.

5.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS 5.2.1

Vibración

 A continuación se presentan las gráficas en el tiempo, y su respectivo análisis de frecuencia, para un mejor entendimiento, y por consiguiente un acertado análisis. La figura 5.1 presenta los resultados obtenidos de la prueba de aceptación de la unidad N° 17 de la Casa de Máquinas II de planta Guri en el mes de  julio de 2004, con una condición de salida del generador de 654 MW.

64

65

vib radial nucleo

FFT vib radial nucleo

5

2.5 2

   )   p     p 1.5    (

   2

  s 0    /   m

   2

  s    /   m

1

0.5

-5 10

11

12 13 vib vert nucleo

14

0

15

5

0

100

200 300 400 FFT vib vert nucleo

500

0

100

200 300 400 FFT vib tang nucleo

500

0

100

200 300 400 FFT vib rad carcaza

500

0

100

2    ) 1.5   p     p    (

   2

  s 0    /   m

   2

  s    /   m

1

0.5

-5 10

11

5

12 13 vib tang nucleo

14

0

15

2    )   p     p    (

   2

  s 0    /   m

1.5

   2

  s    /   m

1

0.5

-5 10

11

12 13 vib radial carcaza

14

0

15

5

2    ) 1.5   p     p    (

   2

  s 0    /   m

   2

  s    /   m

1

0.5

-5 10

11

12

13 seg

14

15

0

200

300

400

500

Hz

Figura 5.1 Vibraciones en carcasa y núcleo del generador N° 17, CMG-II

La figura 5.1 se presenta con la finalidad de servir como referencia con los resultados obtenidos el 8 de noviembre de 2004, en las pruebas realizadas a la unidad en estudio (unidad N° 15); éstos resultados se observan en la figura 5.2, que al igual que en el caso, anterior presenta, tanto el comportamiento en el tiempo como en la frecuencia, en ésta oportunidad la condición de salida del generador fue de 687 MW, como se puede apreciar  ambas salidas de los generadores son cercanas, lo que permite una comparación fiable.

66

vib. nucleo rad aguas abajo

FFT nucleo rad aa

10

2

5    2

  s    /   m

   )   p     p    (

0

1.5

   2

  s    /   m

-5

1

0.5

-10 0

2

4

6

8

0

10

0

100

vib. nucleo vert aguas abajo

400

500

400

500

400

500

400

500

2

5   s    /   m

300

FFT nucleo vert aa

10

   2

200

1.5    )   p     p    (

0

   2

  s    /   m

-5

1

0.5

-10 0

2

4

6

8

0

10

0

100

vib. nucleo radial Aguas Arriba

200

300

FFT nucleo radial AA

5

5 4    )   p 3     p    (

   2

  s 0    /   m

   2

  s 2    /   m

1 -5

0

2

4

6

8

0

10

0

vib. nucleo vertical Aguas Arriba

3    )   p     p    (

0

   2

2

  s    /   m

-5 -10 0

300

4

5   s    /   m

200

FFT nucleo vertical AA

10

   2

100

1

2

4

6 seg

8

10

0

0

100

200

300 Hz

Figura 5.2 Vibraciones en carcasa y núcleo del generador N° 15, CMG-II

67

De las gráficas presentadas se puede decir que: •

Las gráficas en el tiempo, en dirección radial y vertical, correspondientes a la unidad N° 15 presentan valores que duplican, en promedio, a las mismas medidas sobre la unidad N° 17.

•

En el caso de los componentes de frecuencia, se puede observar que para el caso de la unidad N° 17, existe una clara definición de la componente de 120 Hz, frecuencia fundamental para las vibraciones en el núcleo, y los espectros en general se presentan bastante despejados. Por el contrario, en el caso de la unidad N° 15, se puede apreciar la presencia de múltiplos de la frecuencia de 120 Hz, ésto podría indicar, cierto aflojamiento en las partes que conforman el núcleo.

•

La

empresa

canadiense

Hydro-Québec,

haciendo

uso

de

recomendaciones establecidas en sociedades internacionales como la CIGRE (International Council on Large Electric Systems), maneja el valor  de 11,40 m/s2 como alarma para la componente de vibración de 120 Hz medidas en núcleos de hidrogeneradores con frecuencia de línea de 60 Hz. •

Basándose en el ítem anterior se puede decir, de manera preliminar, que los valores vibratorios obtenidos de la unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II de planta Guri, no superan los valores de alarma establecidos por ésta recomendación.

5.2.2

Aislamiento

En la figura 5.3 se pueden apreciar los resultados obtenidos en las pruebas de descargas parciales realizadas en noviembre de 2004; como se puede

68

observar, las mismas están acompañadas de los resultados obtenidos, para la misma prueba, en marzo de 2001.

MARZO 2001

NOVIEMBRE 2004

Figura 5.3 Descargas Parciales de Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004

69

Los resultados obtenidos en las pruebas de noviembre de 2004 fueron tomados en un rango de frecuencia de 2 a 20 MHz. La presencia de puntos rojos informa la existencia de pérdida de aislamiento, sin embargo, la experiencia de los expertos permite la determinación de las zonas del núcleo del estator en las cuales existe ésta pérdida. La tabla 5.1 presenta los resultados numéricos obtenidos a través del análisis tradicional de descargas parciales, tanto en marzo de 2001 como en noviembre de 2004. Como se puede apreciar en ésta tabla los diferentes parámetros estudiados (carga, corriente y cantidad de pulsos) duplican su nivel en relación con los resultados obtenidos en el 2001, muestra fehaciente de la pérdida de aislamiento presente en el núcleo del estator. Tabla 5.1 Análisis PRPD Unidad N° 15, CMG-II

Qmáx [nC] NQStotal [µA] FASE Mar/2001 Nov/2004 Mar/2001 Nov/2004 7.7 15.0 5.0 17.49 A 7.9 14.2 7.1 16.8 B 7.4 15.63 5.2 19.7 C

Ntotal [N° de pulsos] Mar/2001 Nov/2004 90944 152351 130436 146959 107461 235851

 Al igual que para el caso de las vibraciones, para el análisis del aislamiento fueron realizados los espectros de frecuencia, tanto para los resultados obtenidos en marzo de 2001 como para los de noviembre de 2004; éstas gráficas se presentan en la figura 5.4. Los resultados obtenidos son cuantificados y resumidos en la tabla 5.2

70

MARZO 2001

NOVIEMBRE 2004

Figura 5.4 Espectros de Frecuencia de las Descargas Parciales de la Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004

Tabla 5.2 Análisis de Espectro de Frecuencia de Pruebas de Descargas Parciales de la Unidad N° 15, CMG-II

0 – 50 [MHz] 0 – 200 [MHz] FASE Mar/2001 Nov/2004 Mar/2001 Nov/2004 *** 1673 2013 2028 A *** 1758 2217 2460 B *** 1719 1947 2131 C

71

De los resultados presentados se obtienen los siguientes análisis: •

Los registros obtenidos en el año 2001 muestran patrones de descargas corona y descargas internas, en las mediciones de noviembre de 2004 se encontró un patrón adicional, correspondiente a descargas barra a barra.

•

Las descargas predominantes son las descargas internas y las de barra a barra.

•

Las actividades totales se incrementaron alrededor de 80% en magnitud y 60% en cantidad, respecto a marzo de 2001.

•

En general, la magnitud y la cantidad de las descargas parciales para éste generador son elevadas, y reflejan que el devanado presenta deterioro en el aislamiento principal.

5.2.3

Corriente

Los valores obtenidos en las pruebas de corriente no son presentados en ésta investigación, ya que por las condiciones dinámicas del sistema no se posee registro de éstos, sin embargo se acota que durante la obtención de los mismos éstos no presentaron variaciones significativas que pudiesen influenciar en las conclusiones que en su debido momento se presentarán.

5.2.4

Tensión

Las mediciones de tensión efectuadas en noviembre de 2004, a diferencia de las obtenidas para vibración y aislamiento, fueron cargadas en la aplicación de computación Microsoft Excel, ya que para las mismas no fue usada una aplicación que permitiese su análisis de forma inmediata.

72

La tabla 5.3 presenta los valores obtenidos para ésta variable, cabe destacar  que ésta tabla presenta una muestra del total recolectado, y que por la cantidad de los mismos, éstos se presentan en el respaldo digital de ésta investigación bajo el nombre Medición de Tensión, UN-15, CMG-II, Noviembre 2004,

Tabla 5.3 Medición de Tensión de la Unidad N° 15, CMG-II

Tiempo [seg] 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,01 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015 0,016 0,017 0,018 0,019

Fase A [Vpp] 20218,22908 12842,29071 3752,479414 -5223,873896 -13186,09414 -19728,93338 -24072,91681 -25062,78385 -21948,54783 -15558,13772 -6881,446519 2365,982269 10643,46087 17769,10057 22934,95943 25189,20623 23481,4128 18008,12359 9918,59761 641,7248242

Fase B [Vpp] 3314,287881 11538,91382 18663,72214 23680,6073 25405,72991 23138,46674 17286,74175 9009,270936 -339,4828243 -8929,587938 -16556,68233 -22482,01082 -25320,85076 -24319,73405 -19531,47959 -11926,02718 -2661,287406 6277,809492 14204,54001 20706,6674

Fase C [Vpp] -22645,68962 -25145,03894 -23814,82392 -18818,72336 -10923,16976 -1671,428163 7062,428508 14793,44595 20902,38049 24641,8955 24584,73782 20917,96894 13749,87668 4754,479467 -4293,762612 -12315,73861 -19234,41556 -23832,15309 -25087,88126 -22452,57462

La gráfica de la figura 5.5 presenta la forma de onda de la tensión de las tres fases de la unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II en Planta Guri, ésta gráfica fue realizada con los valores presentados en la tabla anterior.

73

30000

20000

10000    )   p   p    V    (   n    ó    i   s   n   e    T

0 0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016

0,018

0,02

-10000

-20000

-30000

Tiempo (seg)

Fase A

Fase B

Fase C

Figura 5.5 Forma de Onda de las Fases A, B y C de la Unidad N° 15, Noviembre 2004

De la gráfica anterior se puede observar lo siguiente: •

Ninguna de las fases presenta distorsión en el tiempo.

•

El desfase es de 120°.

•

No se observa presencia de armónicos no deseados.

Por lo expuesto anteriormente se puede decir que los resultados obtenidos en las pruebas de noviembre de 2004 no son significativos para la investigación en desarrollo, y que los mismos deben servir como data histórica para futuras comparaciones.

74

5.2.5

Potencia Activa y Potencia Reactiva

 Al igual que para la medición de tensión, los valores obtenidos en el registro de data de potencia de la unidad bajo estudio, fueron cargados en la aplicación de computación Microsoft Excel. La tabla 5.4 presenta una muestra de los resultados obtenidos y en caso de querer observar la totalidad de los mismos se puede acudir al soporte digital de ésta investigación en la cual se encuentra el archivo correspondiente bajo el nombre Mediciones de Potencia, UN-15, CMG-II, Noviembre 2004 . Tabla 5.4 Medición de Potencia de la Unidad N° 15, CMG-II

Tiempo [seg] 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,01 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015 0,016 0,017 0,018 0,019

Potencia 6,18983 6,18633 6,18933 6,1935 6,20233 6,213 6,22717 6,23767 6,24883 6,25183 6,25483 6,25117 6,244 6,2325 6,2195 6,20767 6,19867 6,19017 6,18533 6,1875

MVAR 649,93215 649,56465 649,87965 650,3175 651,24465 652,365 653,85285 654,95535 656,12715 656,44215 656,75715 656,37285 655,62 654,4125 653,0475 651,80535 650,86035 649,96785 649,45965 649,6875

-0,204167 -0,194 -0,181833 -0,1705 -0,160667 -0,156167 -0,155667 -0,1565 -0,164 -0,1725 -0,184667 -0,194833 -0,207167 -0,215 -0,217 -0,218333 -0,212333 -0,206 -0,193333 -0,182

75

De la tabla presentada se obtiene la gráfica de variación de potencia de la unidad generadora, ésta puede observarse en la figura 5.6. 680 675    ]    W670    M    [   a    d    i    l 665   a    S   e    d   a 660    i   c   n   e    t   o 655    P

650 645 5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Tiempo [seg]

Figura 5.6 Variación de Potencia de la Unidad N° 15, Noviembre 2004

De la gráfica presentada se puede decir: •

La variación de potencia presentada por la unidad es completamente normal en comparación con otras unidades, cabe destacar que ésta comparación es hecha de acuerdo a conocimientos obtenidos a través de la experiencia ya que no se cuenta con registros previos para comparación.

•

De acuerdo a lo expresado en el ítem anterior, la medición hecha servirá como futura referencia.

Conclusiones El Departamento de Operaciones Guri, en conjunto con el Centro de Investigaciones Aplicadas (CIAP), realizó la investigación del ruido anormal al momento de la sincronización al sistema de potencia presentado por el generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, iniciando de ésta manera la futura, y satisfactoria, normalización de la unidad generadora. Tomando en consideración que la situación de ruido se presenta únicamente al instante de sincronización, se realizaron en noviembre de 2004 una serie de pruebas, las cuales incluyeron la medición de descargas parciales, vibraciones del núcleo del estator, corriente, tensión, potencia activa y potencia reactiva. Los resultados obtenidos, aún cuando no son determinantes, facilitan la localización parcial del origen del problema, de éstos se concluye lo siguiente: •

Los registros de vibración en dirección radial y vertical duplican los valores de otras unidades de la Casa de Máquinas II con iguales características.

76

77

•

El análisis de los componentes de frecuencia, debido a la presencia de múltiplos de la frecuencia fundamental

(120 Hz), indica aflojamiento en

las partes que conforman el núcleo del estator. •

Los valores vibratorios obtenidos no superan los indicadores de

alarma

(11,40 m/s2) establecidos por la norma consultada (Hydro-Québec). •

El análisis de descargas parciales en el núcleo del estator muestra patrones de descargas corona, internas y barra a barra.

•

Las descargas predominantes son las internas y las barra a barra.

•

La actividad de descarga parcial, en relación con la última medida (marzo 2001), se incrementó 80% en magnitud y 60% en cantidad.

•

La medición de descarga parcial hace notar que el devanado presenta deterioro en el aislamiento principal.

•

Los registros de corriente, tensión, potencia activa y potencia reactiva, no reflejan anomalía alguna, por lo cual se deduce que éstos parámetros no se han visto afectados por la falla presente.

En inspección realizada en diciembre de 2004 se evidenció la presencia de pérdida de aislamiento en el núcleo del estator, y se confirmó la existencia del desajuste de algunos paquetes laminados y la deformación de los mismos, ésto afecta la estructura física en pleno del núcleo del estator, trayendo como consecuencia, la aparición de armónicos no deseados en la forma de onda de la tensión, conocidos también como armónicos de diente o ranura.

Recomendaciones Como fue explicado en varias ocasiones, la investigación realizada forma parte de un estudio más extenso que tiene como objetivo principal la focalización del origen de la anomalía presente en la unidad generadora N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, de ésta manera C.V.G. EDELCA podrá normalizar la situación de ésta unidad generadora permitiendo un mejor desempeño de la planta hidroeléctrica. Basándose en lo expuesto se presentan a continuación una serie de recomendaciones a tomar en consideración para la reparación del generador  N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri: •

Extracción del sincronizador de la unidad N° 15 en el Patio de Distribución Guri para chequeo de conexiones y revisión general del mismo.

•

Solicitar al Departamento de Mantenimiento Eléctrico Guri una inspección exhaustiva del núcleo del estator.

•

Localización de los paquetes laminados del núcleo del estator con desviaciones para su respectiva intervención.

78

79

•

Normalización de los paquetes laminados del núcleo del estor con desviaciones de acuerdo a procedimiento especificado por el fabricante.

•

Determinación de las zonas con pérdida de aislamiento en el núcleo del estator.

•

Reparación de las zonas con pérdida de aislamiento en el núcleo del estator de acuerdo a procedimiento especificado por el fabricante.

Mientras es reparado el generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri se pueden tomar una serie de medidas, las cuales permitirán que la situación actual de ésta unidad generadora no se repita, de igual manera éstas acciones pueden, y deberían, ser tomadas en consideración para el resto de las unidades de ambas Casas de Máquinas de ésta planta hidroeléctrica, entre éstas se tiene: •

Instalación de sensores de vibración de registro permanente.

•

Realizar pruebas de medición de descargas parciales para la determinación de pérdida de aislamiento periódicamente.

•

Elaboración de historial de trabajos realizados, anomalías y fallas por  unidad desde la puesta en servicio de éstas hasta el año 2002, puesto que a partir de ésta fecha se cuenta con la base de datos del Sistema de  Administración de Operaciones (SAO).

Una vez culminada la reparación de la unidad, se recomienda la elaboración de una serie de pruebas similares a las realizadas para ésta investigación, profundizando así la data histórica que permitirá la determinación del origen de la falla.

80

Con la implementación de éstas medidas se obtendrían ventajas tales como: •

Mejores condiciones de seguridad para el personal.

•

Reducción en los costos de mantenimientos no planificados ya que éstos serían absorbidos por los mantenimientos preventivos.

•

Disminución de los indicadores de trabajos de emergencia.

•

Reparaciones más eficientes sobre los equipos y sistemas.

•

Incremento en la capacidad de producción, debido a menos fallas en los equipos y sistemas.

Cada una de éstas ventajas es un argumento para las empresas de clase mundial, que asegura una producción continua y estable.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]

C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División Planta Guri. Departamento de Operaciones (2004). Manual de Organización, Proceso Operar . Guri.

[2]

C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División Planta Guri. Departamento de Operaciones (2002).

Plan

de

Entrenamiento, Generadores Casa de Máquinas II . Guri.

[3]

C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División Planta Guri. Departamento de Operaciones (2002).

Plan

de

Entrenamiento, Gobernadores Casa de Máquinas II . Guri.

[4]

C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División Planta Guri. Departamento de Operaciones (2002).

Plan

de

Entrenamiento, Turbinas Casa de Máquinas II . Guri.

[5]

C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División Planta Guri. Departamento de Ingeniería de Mantenimiento (2003). SAO, Guía de Uso, Personal de Operaciones. Guri.

[6]

Mora M., Pedro Omar (2003). Máquinas Eléctricas, Máquinas

Sincrónicas: Diseño, Operación y Funcionamiento. Universidad de Los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica.

[7]

Fink, D. Y Wayne, H. (2000). Manual de Ingeniería Eléctrica . 13ra Ed. México: Mc Graw Hill.

81

[8]

Chapman, S. (1993). Máquinas Eléctricas . 2da Ed. Colombia: Mc Graw Hill.

[9]

International

Organization

Mechanical

vibration

for of

Standardization

(ISO)

non-reciprocating

7919-5.

machines

–

Measurements on rotating shafts and evaluation criteria . Part 5:

Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.

[10] http://intranet.edelca.com.ve/ [11] http://netdial.caribe.net/~jrbaspr/definiciones.html [12] http://netdial.caribe.net/~jrbaspr/hidroelectrica.html [13] http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo8.html [14] http://www.adwel.com/PDF/PDA%20Couplers%20-%20Spanish.pdf  [15] http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia10/HTML/Articul o20.htm [16] http://zeus.dci.ubiobio.cl/electricidad/seminario_descargas_parcial es [17] http://www.wmea.net/partial_discharge_theory.htm [18] http://www.magnaelectric.com/partial_discharge.htm

82

ANEXO 2.a Diagrama Unifilar de Sistema de Sincronización Generadores PDG 800 kV

ANEXO 4.a Norma ISO 7919-5:1997