Estudio de aplicación de protecciones de pérdida de excitación con offset positivo en máquinas síncronas

Crespo Ramírez, Sara (2018). Estudio de aplicación de protecciones de pérdida de excitación con offset positivo en máquinas síncronas. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Estudio de aplicación de protecciones de pérdida de excitación con offset positivo en máquinas síncronas
Autor/es:
  • Crespo Ramírez, Sara
Director/es:
  • Platero Gaona, Carlos Antonio
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2018
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El presente trabajo tiene como principal objetivo proponer un nuevo ajuste para un relé de protección frente a pérdidas de excitación con un offset positivo aplicable a máquinas síncronas. El uso más extendido de este tipo de máquinas es el de generador. El factor decisivo de su utilización en las grandes centrales es su capacidad de suministrar tanto potencia activa como potencia reactiva, regulables independientemente. Para ello, como ya se ha indicado, cuentan con un devanado de excitación que proporciona el flujo magnético a la máquina, con lo cual se puede controlar la potencia reactiva, absorbiéndola o cediéndola, pudiendo cubrir de esta forma todas las necesidades de potencia, tanto activa como reactiva, solicitadas por la red. Este devanado, al girar con el rotor, es el encargado de crear el campo senoidal y giratorio en la máquina. El acoplamiento entre este campo y el inducido en el estator permite transformar la potencia mecánica en eléctrica. Como es lógico, un generador no actúa de manera aislada sino que, tal y como ya se ha mencionado, forma parte de sistemas de potencia y, en su gran mayoría, forman parte de centrales destinadas a suministrar la energía eléctrica que consumimos, por lo que los sistemas de protección son un elemento muy importante, ya que garantiza la fiabilidad del sistema y además asegura que en condiciones defectuosas el generador opere de forma segura. Esto es especialmente importante para garantizar la seguridad de los operarios y minimizar los daños que un defecto pueda provocar. Uno de los principales elementos en los sistemas de protección de un sistema de potencia es el relé, y de los muchos tipos de relés que existen, en este trabajo se estudiarán aquellos basados en el cálculo de impedancias y, más concretamente, los posibles ajustes para este tipo de relés de tal manera que funcionen como protección frente a pérdidas de excitación en el generador. Es decir, la protección sobre la que se trabajará es la protección 40 destinada a la detección de fallos internos en el generador producidos por pérdidas de excitación. Actualmente, los ajustes de los relés de protección se llevan a cabo de acuerdo con los estándares y las instrucciones y recomendaciones de los fabricantes, dando lugar a características de ajuste que esquemáticamente son de la forma. Sin embargo, el objetivo principal objetivo de este trabajo es tratar de definir un nuevo ajuste que haga que su característica solape con la curva de capacidad del generador, de manera que sea más intuitiva la lectura de los datos que registre el relé. El procedimiento a seguir será calcular la característica del nuevo ajuste sobre el plano P-Q sobre el que está definido la curva de capacidad de la máquina y posteriormente trasladar dicha circunferencia al plano R-X.Como se ve en la figura 3, este ajuste en el plano R-X se corresponde con un offset (X1) de valor positivo. Las impedancias calculadas cuando se produce una pérdida de excitación deben ser de valor de reactancia negativo, ya que esto indica que el generador comienza a consumir potencia reactiva. Por tanto, en principio para este tipo de fallos el relé no debería realizar lecturas con valores de reactancias positivos. Sin embargo, los fallos externos al generador pueden generar impedancias con valores positivos de reactancias y dado que para este nuevo ajuste existe una zona incluida en el semiplano definido para X>0, podría darse el caso de que esta protección lo detectara y generara un disparo que nada tendría que ver con una pérdida de excitación. Con el propósito de estudiar este tipo de ajuste, sus limitaciones y posibles alternativas, se realizaron diversos ensayos en el Departamento de Máquinas Eléctricas de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid sobre una máquina síncrona de las siguientes características. Partiendo de distintas condiciones de funcionamiento, se procedió a la desconexión brusca del sistema de alimentación de la máquina, con lo que se pretendía simular un posible fallo de pérdida de excitación. Se realizaron un total de tres ensayos, cuyas condiciones iniciales en cuanto a potencias activa y reactiva eran:1. Ensayo 1: P = 2 kW y Q = 2 kVAR 2. Ensayo 2: P = 1 kW y Q = 1 kVAR 3. Ensayo 3: P = 3 kW y Q = 0 kVAR El primer paso fue comprobar que los datos registrados por el relé son correctos. Para ello se dibujó la característica del ajuste que se empleó en los ensayos con los parámetros. Para evitar que se puedan producir disparos provocados por una falta externa al generador, como se ha comentado, el valor de X1 debe ser menor que el valor de la impedancia serie del transformador elevador del sistema de potencia en el que el generador esté trabajando. Dado que se ha estudiado el comportamiento del generador aislado, no se puede hacer esta comprobación. Por tanto, cabe esperar que las impedancias que se calcularon a partir de los ensayos realizados entren directamente en la característica de este nuevo ajuste directamente en la zona para reactancias negativas, obteniéndose los siguientes resultados gráficos.El hecho de que el valor de X1 esté condicionado al valor de la impedancia serie del transformador supone tener que programar un ajuste para el relé específico para cada aplicación del generador, es decir, no permite un ajuste universal válido para el mismo generador aunque éste trabajara en distintos sistemas de potencia. Por tanto, la principal conclusión que se extrae es que, a pesar de que parece viable la propuesta del ajuste de offset positivo, inicialmente no parece que pueda obtenerse un ajuste genérico que sólo dependiera de los datos del generador y no influyeran en él parámetros del sistema de potencia externos a él.

Más información

ID de Registro: 50269
Identificador DC: http://oa.upm.es/50269/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:50269
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 20 Abr 2018 14:57
Ultima Modificación: 20 Abr 2018 14:57
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