Mantenimiento de Servicios Auxiliares de Una Central Hidroelectrica

MANTENIMIENTO

DE

AUXILIARES

UNA

DE

HIDROELECTRICA

HERNANDEZ REYES PEDRO PEDRO LUIS LUIS 09190112

SERVICIOS CENTRAL

INTRODUCCIÓN Los sistemas de servicios auxiliares en una planta de generación son esenciales para lograr una operación confiable. Los servicios auxiliares comprenden las siguientes funciones: agua de refrigeración, aguas de drenajes, equipos antiincendios tanto desde el punto de vista de su detección como extinción, aire comprimido, servicios de agua potable, sistemas de lubricación, tratamiento de aguas residuales, aire acondicionado y sistema de aireación. Incluyen los servicios eléctricos y mecánicos adicionales a los mencionados, como los equipos de levantamiento. Los sistemas de servicios auxiliares se considerarán cuidadosamente en la etapa de diseño de la  planta, porque desde su concepción misma se está determinando la confiabilidad y flexibilidad de la operación. Los servicios auxiliares eléctricos a su vez se clasifican como: de corriente alterna y de corriente directa. Se hace énfasis en la necesidad de calcular el cortocircuito en baja tensión con el objeto de dimensionar adecuadamente adecuadamente los interruptores i nterruptores que alimentan los diferentes circuitos. Con respecto a los servicios auxiliares mecánicos, tal como se expresó, se resaltan los equipos de aire comprimido, sistema de aire acondicionado y puente grúa para el levantamiento.

MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES DE SERVICIOS AUXILIARES INTRODUCCION: Una selección estricta de la capacidad de los transformadores para los servicios auxiliares, requiere conocer la potencia demandada por todas y cada una de las cargas conectadas a los diferentes barrajes y aplicar los factores de demanda adecuados, sin embargo, ante la dificultad existente para conocer en un diseño preliminar los valores exactos de estas cargas, es necesario recurrir a diseños existentes. Es importante anotar que respecto a los factores de demanda que se deben utilizar en estos casos no existen criterios determinantes; según algunos autores, una relación igual a 0.7 entre la capacidad del transformador y la carga total alimentada por éste es adecuada, mientras que para otros es más realista seleccionar valores menores para esta relación, tal como 0.4 ó 0.5. Es también usual utilizar varios factores de demanda, aplicándolos por grupos de cargas establecidos según la continuidad de operación de las cargas.

Según la experiencia en gran número de centrales en operación, la capacidad del transformador que alimenta los servicios auxiliares localizados en el interior de la casa de máquinas, representa aproximadamente aproximadamente el 2% de la capacidad total de la planta.

MANTENIMIENTO: Durante su vida útil los transformadores transformadores se ven expuestos a diferentes fenómenos naturales tales como:

Sobretensiones Sobretensio nes de origen atmosférico:

- Corrosión Ambiental:

Fallas propias de instalación y operación que afectan sus componentes y como consecuencia la confiabilidad y vida útil del equipo.

Fallas en Devanados 51%

Fallas en el Cambiador de Tomas 19%

Fallas en los Bujes o Bushings 9%

Fallas en las cajas de conexión 6%

Fallas en el núcleo .5%

Fallas misceláneas 10%

Uno de los pasos más importantes que hay que tomar en cuenta, es cuando se decide iniciar un  plan de mantenimiento mantenimiento en los transformadores, transformadores, establecer establecer una frecuencia frecuencia para realizar las diferentes pruebas, que se contempla en lo siguiente: Pruebas de campo: 1. Relación de transformación transformación y Polaridad; ANSI/IEEE ANSI/IEEE C57.12.91. 2. Resistencia de devanados; ANSI/IEEE Std. 62-1995. 3. Corriente de Excitación; ANSI/IEEE ANSI/IEEE Std. 62-1995. 62 -1995. 4. Impedancia; ANSI/IEEE Std. 62-1995. 5. Factor de potencia y capacitancia de los devanados; devanados; ANSI/IEEE Std. 62-1995. 6. Resistencia de aislamiento; aislamiento; ANSI/IEEE ANSI/IEEE C57.12.91. 7. Respuesta de frecuencia de barrido. (FRA); IEEE C57-159/D5.

La degradación del aceite en servicio genera productos de descomposición que aceleran a su vez, la degradación del papel. Reduciendo la vida útil de los equipos.

Control del Aceite: Físico - Químico (Según ( Según IEEE C57.106-2006). Compuestos Furanicos (Según estándar ASTM D5837, IEC 61198). Gases Disueltos por el proceso de Cromatografía (Según IEC 60599). Análisis de PCB’s ( Según estándar ASTM ASTM-D4059) -D4059) y Contenido de Inhibidor (Según estándar ASTM-D2668).

Según el reporte del control del aceite dieléctrico; se programa las acciones correctivas:



Regeneración con Tierra Fuller : Proceso que elimina: Compuestos ácidos; compuestos  polares y sedimentos. sedimentos. Se debe evitar las siguientes situaciones:  para evitar señales de alarma y/o desconexión intempestiva intempestiva del transformador transformador por bajo nivel de aceite.  para evitar señales de alarma y/o  paradas innecesarias innecesarias por por actuación del del relé Buchholz. Buchholz.

Tratamiento Bajo Bajo Termo vacío: Proceso que que elimina: Humedad; Humedad; gases disueltos; compuestos compuestos volátiles y sólidos en suspensión por filtros de 0.5 micras. micras. Para ello se tomaran las siguientes medidas:

válvula inferior de descarga y el ingreso de aceite al transformador será por la tubería de llenado del tanque conservador. señales de disparo del relé Buchholz y de nivel de aceite. asegurar el optimo resultado resultado del proceso (deshumedecido (deshumedecido y des gasificado). ador y en la máquina de tratamiento a fin de evitar señales de alarma por Temperatura.  peratura entre 70 y 80° C. tierra saturada conjuntamente conjuntamente con los lodos. Se debe debe reponer aceite nuevo y sellado para el el Transformador. oxidación (Ionol CP) en un porcentaje de 0.3% para evitar el envejecimiento envejecimient o del aceite y que esta sustancia termoestable interrumpe las reacciones de oxidación del aceite. Terminado el proceso de regeneración con tierra fuller y tratamiento de termo vacío, se procede a realizar el control de calidad del aceite dieléctrico

Equipos a utilizar Capacidad de flujo: 2000 l/h. Capacidad de deshidratado: 50 ppm a < 5 ppm en un ciclo y < 3 ppm en dos ciclos (ASTM-D1533). (ASTM-D1533). Capacidad de desgasificado: desgasificado: 10-12% a < 0.1% (ASTM-D2945). Capacidad de vacío: 1500 m3/h. Capacidad de filtrado: hasta el 98% en partículas _> de 0.5 micrones.

Rigidez dieléctrica: hasta 70 kV. Rango de temperatura: de 0 °C - 120 °C

CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE ALTERNA Centrales hidroeléctricas Consumidores asociados a cada unidad que incluyen los correspondientes a:  Válvulas de admisión, turbina, generador, transformador y celdas de excitación, transformador de poder de la unidad, reservas. Consumidores no asociados asociados a las unidades, tales como: Cargador de bateras, alumbrado, enchufes de fuerza, sistema de ventilación, puente grua, reservas Centrales térmicas Consumidores conectados a la barra de MT, tales como: Tablero de distribución de servicios auxiliares, bombas de alimentación de la cadera, molino de carbón, ventiladores de tiro forzado, ventiladores de tiro inducido, bombas de refrigeración, reservas. Consumidores esenciales conectados a las barras de MT, tales como: Tablero de distribución de servicios auxiliares, bombas de alimentación de la cadera, bombas de refrigeración.

Servicios auxiliares de unidad. Son equipos esenciales para el arranque, marcha y parada de las máquinas. Estos servicios requieren una muy buena confiabilidad y representan una carga relativamente baja. Servicios auxiliares de la subestación. Aunque no son servicios directamente relacionados con las máquinas, su operación es necesaria para el funcionamiento de éstas, por lo que también requieren de una buena confiabilidad de operación. Servicios auxiliares no esenciales de la casa de máquinas. Estos servicios no son esenciales para el funcionamiento de la central, sin embargo representan una carga alta dentro de los servicios auxiliares y por lo tanto deberán dimensionarse adecuadamente. Servicios auxiliares externos. Comprende los servicios requeridos por el patio de conexiones así como los de los demás barrajes involucrados en la central. Estos servicios requieren de una alta confiabilidad. Cargas de los servicios auxiliares eléctricos de d e corriente alterna  Algunos de los equipos conectados a los diferentes barrajes de los servicios auxiliares de la central hidráulica se citan a continuación:

Servicios auxiliares de unidad. Entre los equipos conectados a los barrajes para los servicios auxiliares de unidad están: 1. Bomba de agua para el enfriamiento de la unidad. 2. Calefactores de la unidad. 3. Bomba de aceite del regulador de d e velocidad. 4. Bombas de aceite para los cojinetes de guía y empuje si se requieren. 5. Ventiladores de enfriamiento para el equipo de excitación. 6. Ventiladores de enfriamiento para los transformadores. Control de motores y servicios auxiliares generales. A los barrajes para el centro de control de motores y servicios auxiliares generales generales se conectan: 1. Ventilación e iluminación de la casa de máquinas 2. Compresores de aire para los interruptores de máquina y para el acumulador aire del regulador de velocidad. 3. Alimentación para las herramientas del taller. 4. Puente grúa. 5. Cargadores de batería para servicios auxiliares de corriente directa (Tableros de control para las máquinas, iluminación de emergencia, etc.). Servicios auxiliares del patio de la subestación. Se dispondrá un barraje a 220 V para los servicios auxiliares del patio de la subestación, de los cuales sealimentan cargas tales como: 1. Motores para la operación de interruptores y seccionadores. 2. Tomas e iluminación del kiosco de relés. 3. Calefacción de los interruptores y seccionadores. 4. Cargadores de baterías para los servicios auxiliares de corriente continua. Esquemas y fuentes de alimentación Esquema radial simple  figura 3.1-1  – 

Desventajas Una falla en cualquier punto de la cadena de elementos instalados entre la alimentación y los consumidores deja fuera de servicio a todo consumidores ; no es posible la des energización para mantenimiento

Ventaja Simplicidad Costo Bajo Confiabilidad Baja

Esquema racimo  figura 3.1-2  – 

Desventajas Solo se puede aplicar cuando los consumidores alimentados aguas abajo de un interruptor común pertenecen a una misma unidad, para la cual se requiere el funcionamiento simultaneo de todos los auxiliares y la cual debe ser puesta fuera de servicio

Ventaja Se reduce el número de interruptores MT Costo Es el esquema de menor costo Confiabilidad Baja

Esquema radial doble  figura 3.1-3  – 

 Ventajas Mediante conmutación manuelas o automáticos de los interruptores, se puede reducir a un mínimo el tiempo durante el cual los consumidores quedan sin alimentación, ya sea por fallas o mantenimiento o modificaciones.

Confiabilidad Muy alta si se cuenta con conmutación automática. Costo En comparación con el esquema radial el costo aumenta debido a la instalación de los interruptores se puede reducir a un mínimo el tiempo durante el cual los consumidores quedan sin alimentación, ya sea por fallas, mantenimiento.

Esquema radial doble  figura 3.1-4  – 

 Ventajas Mediante conmutación manuelas o automáticos de los interruptores, se puede reducir a un mínimo el tiempo durante el cual los consumidores quedan sin alimentación, ya sea por fallas o mantenimiento o modificaciones.La capacidad de ruptura de los interruptores de BT puede ser menor que de la de los interruptores del esquema radial doble al menos que se quiera operar el transformador de reserva en paralelo con el transformador de mayor carga para reducir la perdidas de cobre y las caída de tensión producidas por el arranque de motores de gran potencia.

Confiabilidad Mayor que el esquema radial simple pero menor que la del esquema radial doble. Costo En el mejor de los casos(consumos C1=C2) la potencia necesaria en transformadores, y por ende el costo de estos 50% mayor que en el esquema radial simple y levemente menor que el costo de los transformadores del esquema radial doble Desventajas En caso de fallas, mantenimiento o modificaciones de las barras principales, todo lo consumidores quedan sin alimentación.

Para definir el esquema de alimentación de los SA de una CH es fundamental saber si en si el rango de corriente de las unidades de generación prevista, existen en el mercado interruptores adecuados y a un costo que justifique las ventajas de su empleo como interruptor de generador. CH con interruptor de generador Cuando una CH se encuentra ubicada en una zona alejada de fuentes de alimentación confiables para sus SA un esquema con interruptor de generador, como el mostrado en la figura 3.1-12, es normalmente la solución más económica si se le compara con la del esquema con la del esquema de la figura 3.1-13. El esquema con interruptor de generador tiene la ventaja adicional de eliminar todas las conmutaciones rutinarias de fuentes de alimentación, que se requieren con el esquema de la figura 3.1-13 cada vez que se pone en servicio o detiene una unidad.

Para reducir costos se podría omitir el interruptor de generador de una de las unidades, especialmente se existe un GE de potencia y características adecuadas para poner en marcha y detener en forma seguro una unidad (ver figura 3.3.2). En la figura 3.1-12 se muestra el GE conectado a través de un transformador a barras de MT. Esta solución es habitual en Centrales de Caverna, en las cuales, por problemas de ventilación, los GE se deben instalar en el exterior y las caídas de tensión en cables de BT, especialmente durante el arranque de motores, serian inadmisibles. En otro tipo de centrales, con distancias menores entre el GE y las barras de SA, el GE se puede conectar a las barras de BT, como en el ejemplo de la figura 3.1-14 Es usual que entre los interruptores que alimentan las barras principales BT (52SA1, 52SA2, 52SAA y 52SAB) y los interruptores que sirven para interconectar las secciones de estas barras(52SAS) existan enclavamiento para evitar que dos o más fuentes las alimenten en forma simultánea, elevando con ello el nivel de cortocircuito que podría afectarlas. También es usual que existan automatismos de conmutación de las fuentes.

CH con unidades en bloque

 Alimentación de los consumidores desde las barras principales de BT

SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE DIRECTA Consumidores permaneces: Permanecen energizado durante todo el ciclo de servicio son alimentados por los cargadores de baterías y que se energizan al comienzo del ciclo de servicio:  Alumbrados alimentado por CC, motores de operación continua, inversores, luces de señalización, bobinas normalmente energizadas, alarmas. Consumidores no permaneces: solo se energezian durante uno o más periodos del ciclo de servicio: Motores de bombas de emergencia, motores de equipos de ventilación de emergencia, equipos de alarma y protección de incendio Consumidores momentáneos: Tienen energezaciones de cortas duración que puede ocurrir repetidamente durante el ciclo de servicio y que en ningún caso exceden a 1 minuto: Bobina de los equipos de maniobra, válvulas motorizadas, excitación inicial de generadores, arranque de motores de CC, corriente de inrush. El sistema de servicios auxiliares de corriente directa, se compone de: Cargador de baterías. El cargador de baterías tendrá la capacidad para abastecer toda la carga de corriente directa de la casa de máquinas, entendiendo que toda carga cuya duración sea mayor o igual a 1 minuto se considerará como permanente. El cargador abastecerá la carga de corriente directa y mantendrá el banco de baterías en flotación; condición que se garantiza con el flujo de corriente hacia las baterías de aproximadamente 1/10 de su capacidad en amperios - hora, expresada en miliamperios. El banco de baterías se dimensionará para una autonomía mínima de 10 horas, sin que sufra deterioro su nivel de tensión, esto significa que en caso de falla del cargador, abastecerá toda la carga durante 10 horas. Es un criterio para determinar la capacidad en amperios - hora del banco. Tableros de distribución. Desde ellos se distribuye la alimentación para las cargas de corriente directa. Entre ellas. Las más representativas son: 1. Sistema de control. 2. Sistema de protección. 3. Inversores para los sistemas de comunicación. 4. Alumbrado de emergencia 5. Circuitos de disparo de los interruptores 6. Motores de carga de resortes almacenadores de energía de interruptores. 7. Bombas, en determinado tipo de diseño. 8. Sistema de señalización y alarmas. ESQUEMAS

1. Esquema con una batería(BA) y un cargador de batería(CB) Desventaja No hay respaldo en caso de falla de la BA y CB, no permite dar cargas de igualación o carga manual profunda a la BA a menos que los consumidores se puedan desconectar temporalmente. 2. Esquema con una batería y dos cargadores de batería. Desventajas No hay respaldo en caso de falla de la BA y CB, no permite dar cargas de igualación o carga manual profunda a la BA a menos que los consumidores se puedan desconectar temporalmente.

Costo Menor costo Confiabilidad Muy Baja

Ventaja Hay respaldo en caso de falla de un CB. Costo Mayor costo que el del esquema con una BA y un CB. Confiabilidad Mejora con respecto a la solución con una BA y un CB, peros igue siendo relativamente vaja

3. Esquema con dos baterías y dos cargadores de batería.  Ventajas Hay respaldo en caso de falla de un CB y BA, permite dar carga de igualación o carga manual profunda a cualquiera BA, manteniendo la tensión de los consumidores dentro de los limites admisible.

Costos Dado que para un mismo tiempo de respaldo al instalar dos BA estas serán de la capacidad de una BA única, el mayor costo por este concepto es pequeño. Analizando los mayores y menores costos total similar e incluso menor que para la solución con 2 CB y un BA. Confiabilidad  Alta

Los esquemas de las figuras 2.1-3 y 2.1-4 tienen prácticamente las mismas características, con una ínfima ventaja para el de la figura 2.1-4, ya que para dar carga de igualación, por ejemplo a la batería de la sección 1, basta con cerrar el acople AB y abrir el interruptor CB1 y abrir los interruptores C1 y B1.

SERVICIOS AUXILIARES ELECTROMECÁNICOS Sistema de aire comprimido. El aire comprimido se requiere para el frenado de los generadores, para los interruptores de máquina, la presurización del acumulador aire aceite del regulador de velocidad y para mantenimiento. Disminuir el nivel de agua del tubo de aspiración puede requerirse para operar turbinas de reacción en modo condensador sincrónico, o para mantenimiento, lo cual se logra con aire comprimido. El aire comprimido se almacena en varios tanques acumuladores desde los cuales se toma cuando sea requerido. Es posible que se necesiten compresores grandes para despresurizar el tubo de aspiración en proyectos con turbinas de reacción, y para la operación de herramientas neumáticas o equipos para mantenimiento. Las unidades compresoras tendrán un espacio adecuado que permita su propia instalación, servicio y mantenimiento. Se dispondrán distancias de separación

alrededor de los equipos. Se preverán espacios para desmontar ejes de pistones, tubos de radiadores y otras partes de dimensiones considerables. Una separación típica de 1 metro alrededor de cada máquina y 2 metros entre máquinas garantiza una operación segura. Guardas y cerramientos protegerán las partes móviles, bandas y volantes. En unidades pequeñas de aire autocontenido, el lado de la banda se dispondrá hacia la pared. El área de compresores será lo suficientemente aireada y refrigerada para remover el calor producido por la operación de los compresores. Sistema de aire acondicionado. El sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (CVAC) para centrales hidroeléctricas, es similar que para una planta industrial, excepto los requerimientos especiales de una central subterránea, o de grandes cargas calóricas de equipos eléctricos. Generalmente, la infraestructura de casas de máquinas deberá mantenerse ventilada durante todo el tiempo, pero no son refrigeradas o dotadas de calefacción excepto en los casos en los cuales: 1. La temperatura deba mantenerse para proteger el equipo de calentamiento excesivo o de enfriamiento. 2. Condensación de agua sobre superficies metálicas que puedan afectar el trabajo del metal o causar goteras sobre equipos ubicados en la parte inferior. Existen espacios de casa de máquinas que generalmente, poseen calefacción y refrigeración con el objeto de mantener temperaturas mínimas y máximas para equipos de control, refrigerar las protecciones, y para mantener una temperatura mínima para el confort del personal. La temperatura mínima estará entre 7°C y 10°C para la protección de equipos y 20°C para áreas ocupadas por personal y salas de control. Puentes Grúa. Se utilizan con dos propósitos, uno para la construcción y montaje de las unidades generadoras cuando es necesario llevar las piezas desde el sitio de almacenamiento hasta su lugar de operación. En casas de máquinas subterráneas se las utiliza intensivamente en los vaciados de concreto y otros requerimientos de obras civiles. El segundo propósito es en la elevación y transporte de la carga durante el funcionamiento de la central, en el mantenimiento y la reparación de los equipos instalados. Su movimiento se efectúa en sentido paralelo al eje longitudinal de la casa de máquinas, por medio de ruedas apoyadas apo yadas en carriles dispuestos a lo largo de d e ella. Se requiere la manipulación de una gran variedad de cargas con un amplio rango de velocidades de levantamiento y desplazamiento. Por lo tanto el puente grúa debe someterse a un buen mantenimiento y prueba antes de iniciar ciclos de reparación y mantenimiento de la planta. Para determinar su capacidad de carga en toneladas, es necesario estimar cuál es el peso de la pieza compacta más pesada a transportar, normalmente esta pieza es el rotor del generador. En la figura 2 se aprecian las dimensiones más importantes que afectan la altura de la

casa de máquinas, A, B, C, D y E. La dimensión A permite transportar cargas sin interferir con placas (tapas), cabezas de tornillos y otras protuberancias pequeñas. Normalmente, un mínimo de 150 mm es un valor adecuado. La distancia B desde la silla del gancho debe tener en cuenta las vigas de alce, los estrobos y otros dispositivos usados para manipular la carga. El gancho se muestra en su posición más alta y por debajo del punto p unto más alto del riel del puente grúa. EN algunos diseños la máxima altura del gancho se especifica por encima del riel del puente grúa, haciendo C una cantidad negativa en la sumatoria de todas las dimensiones para el requerimiento total de altura. Ciertos diseños tratan de minimizar D de tal manera que disminuyen la altura total de la casa de máquinas (aspecto muy importante en casas de máquinas subterráneas). La dimensión E debe ser aproximadamente 75 mm. Esta dimensión debe estudiarse muy bien, de tal manera que no se vayan a dificultar, posteriormente, reparaciones o mantenimientos del carro del puente grúa.

Las otras dimensiones F, G y H influyen en el alcance del puente grúa y el ancho de casa de máquinas. F deberá ser como mínimo 300 mm y en otros casos inclusive llegar hasta 600 mm para grandes equipos. F y el tamaño de la carga determinan la mínima distancia G, requerida desde el eje de la unidad al gancho y a la pared de la casa de máquinas. Estas dimensiones en combinación con la distancia H, del eje de la unidad a la pared opuesta, son las consideraciones principales para la determinación de la luz del puente grúa. Otras dimensiones que afectan la luz del puente y el ancho de la casa de máquinas, dependen de los equipos instalados y su configuración. Éstas son las aproximaciones mínimas del gancho I y J a las paredes, y al espacio mínimo entre el

puente y las paredes K. MANTENIMIENTO DE SERVICIOS AUXILIARES DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

MANTENIMIENTO DE BANCO DE BATERIA Descripción general del procedimiento:

Coordinar mantenimiento del banco de baterías, con la jefatura zonal, para su autorización. servicio 2.  Verificar que turbina este fuera de servicio Cortar alimentación de energía al tablero de control, bajando interruptor 3. principal 4.  Abrir tapa del bastidor de baterías, asegurarla para que esta no caiga repentinamente. Limpiar baterías con un trapo y agua. 5. encuentran sulfatados 6.  Verificar estado de borneras, conectores y cables, si se encuentran 7. limpiar con agua hasta dejarlos limpios, informar si se requiera cambiar: cables, bornes o conectores. l os tapones de cada batería 8.  Verifica el nivel de ácido en las baterías, retirando los agregar agua acidulada hasta completar el nivel si faltara, luego colocar tapones asegurando bien estos. 9. Cerrar tapa de bastidor de baterías 10.  Verificar la tensión de salida del banco de baterías 11. Proceder a restablecer la alimentación de tensión al tablero de control cerrando interruptor principal. 12. Recoger los equipos y herramientas empleadas en el trabajo y ordenar la zona de trabajo dejándola libre de restos resto s de materiales utilizados. 1.

13.

Comunicar al Jefe Zonal la culminación de la actividad.