Mejoras en la mantenibilidad de las plantas de generación con la gama de protecciones SEPAM de MERLIN GERIN.
Introducción
Existe una evolución en los sistemas eléctricos de las centrales de generación y ya no sólo se piden equipos sencillos y fáciles de poner en marcha, ahora también se pide que sean fácilmente mantenibles. El gran reto futuro para los diseñadores de sistemas eléctricos en centrales energéticas es proyectar sistemas que faciliten la mantenibilidad y larga vida de las plantas de generación.
El mantenimiento correctivo. Es aquel que corrige una situación de defecto en el caso de que ocurra. Éste es el mantenimiento que en el pasado se daba más a menudo en las instalaciones. Sigue siendo fundamental y los sistemas eléctricos deben estar preparados para facilitar el mantenimiento correctivo. El mantenimiento preventivo. Es aquel que se aplica para prevenir una situación de defecto. En este caso ya empezamos a necesitar que la red eléctrica sea "inteligente" para darnos los datos que vamos a necesitar para realizar este mantenimiento. El mantenimiento predictivo. Es aquel que se aplica incluso para predecir una situación de posible defecto en el futuro y nos va a servir para realizar las acciones necesarias para evitar esa situación. Este punto del mantenimiento es el más novedoso y el cual necesita absolutamente que la red eléctrica sea "inteligente" y dé una información intensiva de su situación.
Los elementos que nos van a suministrar toda esta cantidad de información citada en una red eléctrica son fundamentalmente:
El sistema de protecciones eléctricas. Los equipos de protección no sólo deben ya disparar en caso de defecto, sino que se deben convertir en el servidor de datos eléctricos de la posición que protegen. Analizadores de red. Equipos de medida para ofrecer información de la calidad del producto eléctrico generado. Evidentemente los sistemas citados no son válidos vistos aisladamente. Es absolutamente necesario que los equipos citados sean comunicantes y puedan servir todas las informaciones de un modo rápido, eficiente y seguro a los equipos informáticos de la planta. Será responsabilidad del ingeniero de planta aprovechar todo este caudal de información para realizar un mantenimiento eficaz y (nunca hay que renunciar a ello) económico.
La gama de equipos multifución para la protección eléctrica Sepam de Merlin Gerin, es un conjunto de equipos pensados para las diferentes aplicaciones en la red eléctrica de una central de generación. Es una gama con más de 400.000 equipos instalados en el mundo, de reconocido prestigio e implantación en el mercado. El factor clave es que el diseño de los equipos no va dirigido a realizar una protección (por ejemplo una máxima intensidad), sino a solucionar (y por tanto a proveer todo lo necesario para solucionarlo) una aplicación eléctrica.
Así tenemos familias de equipos para la protección de:
Generadores. Desde los generadores síncronos de una minicentral hasta grandes generadores. Motores. Desde motores asíncronos hasta grandes motores síncronos. Transformadores. Desde los transformadores MT/BT de servicios auxiliares de una central hasta los transformadores AT/MT de potencia. Salidas de líneas y acometidas. Desde la simple protección de máxima intensidad hasta equipos de conmutación de las barras de servicios auxiliares de una central de ciclo combinado. Batería de condensadores. Hasta las grandes baterías de 4 escalones.
La gama se divide en:
Serie 20. Protecciones de intensidad o tensión. Serie 40. Protecciones de intensidad y tensión programables para aplicaciones medias (generadores de minicentrales, motores asíncronos,...etc). Serie 80. Protecciones de intensidad y tensión con posibilidad de programación compleja (interconexiones de centrales de generación, conmutaciones, grandes generadores, motores sícronos,...etc). Las funciones que realizan estos equipos son:
Función protectiva. Implementa los algoritmos de protección necesarios para cada aplicación. Función señalización. Señalizan todo lo que ocurre en la posición protegida (disparos, maniobras,...etc). Función automatismo. Desde los automatismos sencillos de supervisión de la bobina de disparo hasta automatismos de conmutación. En parte de la gama es posible para el usuario programar sus propios automatismos, llegando a poder programar automatismos de hasta 1000 líneas de programa. Función de comunicación. Toda la gama de equipos son comunicables en modbus, IEC 870-5-103 o DNP3.0. Absolutamente toda la información (estados, medidas, oscilografías,...etc) pueden ser adquiridas por la comunicación. También se puede hacer telemando sobre el interruptor automático a través de la comunicación del Sepam. Esta característica de estos equipos es la que permite que el relé de protección pase a ser el servidor de información de la posición protegida.Informaciones necesarias para el mantenimiento en una central de energía
Fundamentalmente podemos citar las siguientes informaciones:
Estados de la posición: interruptor abierto/cerrado, seccionadores, alarmas de termómetro de temperatura de transformador,...etc. Es muy importante que estas informaciones estén fechadas en el propio equipo multifunción. Ello significa que el equipo no sólo es capaz de adquirir la información, sino que le pondrá fecha y lo almacenará en una pila interna, lista para ser consultada localmente y por comunicaciones. Para ello el equipo multifunción debe ser sincronizable por comunicaciones. La gama Sepam ofrece dos modos de sincronización:
Por protocolo de comunicaciones. En aquellos casos que no se exija una precisión excesiva en el fechado de los eventos (errores mayores de 1 ms en la precisión). Sincronización dual. La fecha y hora inicial se recibe por protocolo, pero una entrada digital está preparada para recibir pulsos cada 10 s del equipo de sincronización de la planta, e ir resincronizando el equipo de protección sobre esos pulsos. Ello permite precisiones de 1 ms (equivalente a los equipos con IRIG-B) de un modo muy económico.
Medidas: intensidades, tensiones, potencias, energías,...etc. A partir de los Sepam serie 40 se pueden servir ya señales de potencia y energía (contador de 4 cuadrantes). Si el equipo de protección es un Sepam G40 protegiendo una turbina en una minicentral hidráulica y leyendo las sondas PT100 de los cojinetes, estas medidas de temperatura también estarán disponibles. Este último ejemplo citado es muy útil para el mantenimiento preventivo de una minicentral hidráulica. Diagnósticos del interruptor automático. Fundamental para el mantenimiento preventivo. Estas señales serían:
kA2 cortados por el interruptor. Esta medida es la que nos da la "vida eléctrica" que le queda al interruptor automático. Usando esta medida podremos programar cuándo hemos de realizar una intervención para reparar los contactos eléctricos del interruptor automático. Número de maniobras. Esta medida nos da la "vida mecánica" que le queda al interruptor automático. Usando esta medida podremos programar cuándo hemos de realizar una intervención para mantener el mando del interruptor. Tiempo de disparo. Es el tiempo entre que el equipo da la orden de apertura y el equipo multifunción recibe la señal de abierto del interruptor automático. Si este tiempo crece, significa que estamos teniendo problemas en el circuito de disparo del interruptor. Tiempo de carga de muelles. Si este tiempo crece, significa que estamos teniendo problemas en el sistema de carga. Lectura de la tensión auxiliar y alarma de mínima y máxima tensión. Si nuestro cargador de baterías falla o nuestras baterías empiezan a entrar en descarga, con la consiguiente bajada de tensión auxiliar, el equipo Sepam de serie 80 nos avisará. ...etc.
Diagnóstico de la red. La posición protegida no es un ente aislado. En caso de un problema en la red eléctrica necesitamos adquirir la mayor información posible con el fin corregir y evitar que vuelva a pasar. Estas informaciones son fundamentalmente:
Medidas en el momento del disparo: intensidades de disparo, tensiones en aquel momento,...etc. Osciloperturbografías: formas de onda unos ciclos antes y después del disparo. Es la información más rica para el ingeniero de mantenimiento, puesto que podrá apreciar con todo detalle la causa del incidente. El equipo de protección debe ser capaz de suministrar todas estas informaciones por comunicaciones.
Disparo real en una central térmica en el sistema de 6 kV.
Estructuras de comunicaciones en sistemas de protección en centrales eléctricas
La problemática del gran flujo de información obliga a optimizar las estructuras de comunicaciones para evitar la sobrecarga del bus de comunicaciones. No es aceptable conducir toda la información citada por un solo bus en centrales de generación eléctrica por su criticidad. Es por ello que la gama Sepam incorpora la posibilidad de ofrecer dos puertos de comunicación:
- Puerto de comunicación S-LAN. Dedicado a la lectura de medidas, estados y el mando sobre el interruptor automático. Pensado para la conexión al SCADA de supervisión donde tendremos al operador de turno de la central (o el operador remoto de varias centrales).
- Puerto de comunicación E-LAN. Dedicado al mantenimiento. A través de él usando el software de la protección SFT2841 tendremos acceso a aquellas informaciones cuyo volumen podrían agobiar el canal S-LAN: telerregulación de la protección, lectura de oscilografías y lectura de históricos de eventos.
Esta estructura de comunicaciones resuelve de un modo cómodo y económico los sabidos problemas de tiempos de refresco excesivos en las lecturas de informaciones.
Para aquellas centrales en las cuales el mando sobre el interruptor automático se considere crítico, con la gama Sepam serie 80, es posible ofrecer 2 puertos S-LAN (para redundancia) y un puerto E-LAN.
Sistema de protección Sepam con dos puertos de comunicación S-LAN y E-LAN.
Conclusiones
Desde nuestro punto de vista se debe pasar de diseñar plantas económicas en su construcción a plantas que también sean económicas en su mantenimiento. Es por ello que el usuario final debe ser sensible a la mantenibilidad económica de su planta y el diseñador debe tener en cuenta este criterio a la hora de diseñar.
La gama de equipos de protección multifunción Sepam de Merlin Gerin ha nacido pensada para ofrecer una económica mantenibilidad de las plantas de generación eléctrica. Aportan incluso novedosas posibilidades de comunicación (S-LAN y E-LAN) para que la información llegue al ingeniero de mantenimiento de un modo fácil y éste pueda optimizar su función, con evidentes consecuencias en la economicidad del funcionamiento de la planta de generación.