mantenimiento HVDC

Anuncios


Estado del Arte del Mantenimiento de Estaciones de Conversión de HVDC (Septiembre 2011)

Estudiantes de la Universidad Tecnológica de Panamá
Resumen: La transmisión de potencia eléctrica a través de interconexiones de corriente directa cada vez son más usadas ya que tienen algunas ventajas sobre la forma tradicional de corriente alterna en diversas situaciones: distancias largas, líneas submarinas y en los proyecto de interconexiones de sistemas de diferentes frecuencias, entre otras. En estas interconexiones es necesario por lo menos dos estaciones de conversión, las cuales son muy costosas y la confiabilidad del sistema cae sobre estas. Es de allí la importancia de poder detectar fallas y dar el mantenimiento adecuado a los distintos dispositivos. A continuación se presenta la forma clásica de mantenimiento y una forma utilizando infrarrojos.

Descriptores: filtros, protección, transformados de conversión, tiristores, válvulas.

I. INTRODUCCION
Una estación es el componente importante de los sistemas de potencia, además de ser los de mayor costo económico, y que la continuidad del servicio eléctrico depende de gran parte de ellas. Cualquier falla en esta importante instalación, nos da como resultado interrupciones o fallas en la energía eléctrica, las cuales significarían perdidas de dinero en las empresas. Del correcto mantenimiento de una subestación y de su consiguiente reducción de fallas, depende la continuidad del servicio eléctrico, indispensable para la industria y los clientes domiciliarios. De ahí la importancia que tengan una adecuada gestión de mantenimiento que minimice sus costos y maximice su eficiencia.
II. PROTECCIÓN DE SISTEMAS EN LAS ESTACIONES DE HVDC
(1) La conversión AC-DC-AC a voltajes de hasta 600KV y potencias de 2000MW se ha llevado a cabo usando válvulas de arco de mercurio o tiristores de potencia. Para enlace DC a nivel de redes de distribución se ha comenzado a utilizar IGBT. También surgieron otros problemas técnicos propios de la transmisión en CD, a los cuales todavía se busca mejorar las soluciones provistas hasta ahora. El campo de las protecciones en redes CD es un área que requiere mayor investigación.

La mayoría de los esquemas de protección de una red HVDC están involucrados con la medición y regulación de la corriente, sin embargo los esquemas clasificados directamente como “relevadores de protección de sobrecorriente en HVDC” caen en dos categorías:
1. Protección diferencial.
2. Protección de sobrecorriente nominal.

A. Protección diferencial. Este es un método rápido y eficaz de protección utilizado en la tecnología CA, pero que puede también ser aplicado en el área del convertidor y en el lado de CD de los sistemas HVDC, El sistema puede ser dividido en zonas de protección sobrepuestas para proteger todas las áreas del sistema HVDC, debido a esto, un mayor grado de selectividad puede lograrse en un evento de falla.
• Protección diferencial de Puente: Es donde se aplica el principio de medición de la protección diferencial aplicada a proteger grupo de válvulas de un convertidor de 6 pulsos
• Protección diferencial de estación en polo. En este esquema la corriente de CD en la estación es medida por un transductor de CD en la zona de las válvulas y otro transductor libre, fuera de la estación, en la línea de transmisión de HVDC. Aquí, cortocircuitos a tierra en el lado de CD pueden ser detectados eficazmente por la protección diferencial insertada entre los dos transformadores de medición de CD. Las fallas en el equipo en el lado de CD de la estación (fallas en el reactor de alisamiento, los circuitos filtro de CD y los dispositivos de conmutación) también están cubiertos por esta protección.

Ilustración 1. Protección diferencial de estación en polo

• Protección diferencial de líneas de transmisión. La protección diferencial longitudinal es un medio apropiado para detectar fallas de alta impedancia línea a tierra en una línea HVDC aérea, la cual no puede ser detectada con protección de onda viajera. Es necesario, sin embargo, utilizar telecomunicaciones en el lazo de protección. El funcionamiento de este esquema de protección es igual que los analizados previamente; La diferencia entre las dos corrientes medidas a la salida de la estación rectificadora y a la entrada de la estación inversora es medida, y si esta sobrepasa un nivel de referencia, se dispara la protección.

Protección de sobre corriente nominal. Aun cuando la regulación de corriente controlada por los ángulos de disparo de los tiristores previene una sobrecorriente dañina en la mayoría de los componentes de una estación HVDC, la protección por sobrecorriente se sigue aplicando en los sistemas HVDC como respaldo. Esta protección también se aplica a los componentes donde la corriente de carga es independiente del sistema regulado de corriente de CD, un ejemplo de tales componentes es un filtro de CA. La protección por sobrecorriente sirve como respaldo para la protección diferencial del filtro. La protección de sobrecorriente está escalonada de acuerdo a la intensidad de la falla. El valor de respuesta y tiempos de disparo están adaptados a la capacidad de carga de las válvulas del convertidor.
III. MANTENIMIENTO DE ESTACIONES CONVERSORA
Mantenimiento preventivo anual en los planes de HVDC se asocia principalmente con las estaciones convertidoras.

(2) Mantenimiento no programado en los resultados de planes de HVDC de inspección manual o las señales de error.
Mantenimiento no programado pueden ser diferidos a periodos no críticos en una medida limitada en función de la
gravedad del error.





Mantenimiento a los equipos HVDC

(4) Mantenimiento de las válvulas de tiristores
El estado de los niveles de la válvula de tiristores está disponible en la impresora VBE.

VBE supervisa continuamente la condición de los tiristores y los componentes asociados a la válvula de tiristores mientras esta en servicio.

Una falla en la válvula de tiristores es reportado en la impresora VBE y también en la estación de trabajo para el operador.

Ilustración 2. Unidad de prueba de nivel de tiristores.

Se genera una alarma de hasta 3 fallos en la válvula de tiristores y en el cuarto fallo se genera un disparo.

La Pruebas de nivel de la válvula de tiristores
Las fallas pueden estar en:

En el tiristor
Snubber capacitivo
Snubber resitivo
TE card

Para probar el nivel la válvula de tiristores, la unidad de prueba de nivel de los tiristores es usado con pruebas de tiristores y componentes asociados.

Tipo de fallas en el tiristor puede ser detectado en: circuito abierto, corto circuito, compuerta de circuito abierta

Transformadores de conversión

Sustitución de los filtros de aceite del cambiador de tomas (OLTC)
Pruebas periódicas del aceite DGA para determinar las fallas interna del transformador.
Pruebas de protección a todos los relés asociados




Filtros AC

Medición de las pilas de los capacitores o condensadores individuales
Cálculo del desequilibrio en el capacitor de puente H
La sustitución de los capacitores, si es necesario para el equilibrio del puente

Mantenimiento a las válvulas de refrigeración

Reemplazo de la resina en la cámara de resina al año o si la conductividad alcanza el nivel de alarma ± 0.25μS/cm.

IV. (3) DETECCIÓN DE FALLAS MEDIANTE EL USO DE INFRARROJO
Algunos problemas comunes que tienen los equipos de una subestación HVDC pueden ser detectados mediante la utilización de tecnologías de infrarrojos, fallas comunes que se detectan mediante esta tecnología:

• Sobre calentamiento en las tapas de los bushings de los transformadores. (Transformer Bushing Cap Heating)



Ilustración 2: Se observa un sobrecalentamiento importante en la copa de los transformadores


• Condensadores con fusible fundido. (Cold Capacitor with Blown Fuse)




Ilustración 3: Se puede observar un sobrecalentamiento excesivo en el banco de capacitores


• Válvula del convertidor del transformador principal que se encuentra cerrado.



Ilustración 4: Temperatura del transformador de conversión, diferencias entre los tanques de conservación en la parte superior y los radiadores en la parte inferior.

• Problemas en la circulación de corriente en la torre de tiristores del reactor.




Ilustración 5: Se muestra en la torre de tiristores problemas de temperatura en ciertas zonas.

• Bus de conexión calientes debido a un mal contacto.


Ilustración 6: Sobre calentamiento en el bus de conexión

• Problemas en el acoplador de bus del conector causados por los tornillos aflojados debido a la vibración.

Escaneado por infrarrojos es una de las muchas tecnologías que son utilizados por empresas de servicios públicos para controlar continuamente el rendimiento de los distintos activos.
Los casos descritos muestran cómo la tecnología puede ser aplicada a una variedad de diferentes componentes que van desde soportes de fusibles para válvulas de tiristores. El uso de esta tecnología de infrarrojos puede alargar el mantenimiento de un año a cuatro años. No sólo ha reducido los costos de mantenimiento, también ha aumentado la disponibilidad del equipo.

V. REPUESTOS


(2) Piezas de repuesto Estrategia
La estrategia de las piezas de repuesto es de valores más o todo el equipo convertidor a fin de minimizar
el tiempo de inactividad. En general los repuestos para los componentes del equipo redundante también se supone que se celebrará en la acción.
Repuestos serán los siguientes:
• Los equipos con los plazos de entrega muy largos, tales como transformadores y reactores.
• El equipo funciona más frecuentes, tales como interruptores de circuito de filtros y condensadores en derivación.
• Los tiristores y otros componentes de la válvula.
• AC / DC casquillos.
• Menor corriente alterna y en corriente continua Equipo.
• Repuestos para equipos de control y supervisión.

Como repuestos muchos serán almacenados durante años sin ser utilizado, las condiciones de almacenamiento debe ser tal que los repuestos no ser deterioren.
Herramientas y Equipos de Prueba
Herramientas y equipos de prueba, en general, son similares a las máquinas de transformador convencional y cambio de estaciones. HVDC herramientas y equipos especializados debe ser inmediatamente accesible durante mantenimiento programados o no programados. Una evaluación anual debe hacerse de la idoneidad de las herramientas y equipos de prueba y si algunas herramientas adicionales o equipo de prueba son necesarios.



VI. CONCLUSIÓN

• Mediante lecturas térmicas se pueden encontrar dispositivos defectuosos en las estaciones de conversión de HVDC.
• La detección temprana de fallas en los dispositivos mejora el rendimiento del sistema y la confiabilidad es por ello la importancia del mantenimiento preventivo.
• El uso de estas diferentes tecnologías para la detección de fallas en los equipos puede alargar la vida útil del equipo como también alargar el tiempo entre cada mantenimiento.
REFERENCIAS
(1) D. Campos Miembro Estudiante, IEEE, E. Moreno Miembro, IEEE E. Vázquez Miembro IEEE,” Estado del Arte de las Protección de Enlaces HVDC en Sobrecorriente y Distancia.”
(2) ISSUING COMPANy, “NorNed Kabel HVDC Projec”.
(3) Ed Didychuk, Manitoba Hydro “Predictive Maintenance of HVDC Converter Stations within Manitoba Hydro” (22, mayo, 2006).
(4) SANTOSH BHARAWAJ REDDY, “HVDC OPERATION”, presentación. Pag 150-162.

0 comentarios - mantenimiento HVDC