Transferencia/Reposición automática con equipos multifunción de protección en la Central de Ciclo Combinado de Escobreras.
Introducción
La Central de Ciclo Combinado de Escombreras, propiedad de Iberdrola Generación, está ubicada en el término municipal de Cartagena, en la Comunidad Autónoma de Murcia. Situada junto a la costa, la central se componía de cinco grupos de fuel-oil con una potencia instalada de 858 MWe. Con el fin de renovar las instalaciones se acometieron los siguientes trabajos:
• Eliminar los grupos de fuel-oil 1,2 y 3.
• Substitución de las subestaciones de intemperie 220, 132, 66,20 y 11 kV
• Construcción de un nuevo grupo de ciclo combinado con gas natural (grupo 6) de 800 MWe en los terrenos liberados por el desmantelamiento de los grupos de fuel-oil. Es en este ciclo combinado donde se ha instalado una conmutación con equipos de protección multifunción en la barra de MT de servicios auxiliares.
Este ciclo combinado inició su construcción en el mes de junio de 2004 y realizó su primera sincronización y acoplamiento a la red el 22 de junio de 2006, entrando en operación comercial en noviembre del mismo año.
Iberdrola Ingeniería y Construcción (Iberinco) ha realizado la gestión del proyecto en todas sus fases (dirección, ingeniería, etc.), siendo GE responsable del diseño y suministro de los equipos principales de la isla de potencia.
Sistema de Servicios Auxiliares MT
El sistema de servicios auxiliares MT se compone de una serie de cabinas a una tensión nominal de 6,6 kV manufacturadas por PINE. El aparellaje eléctrico incluido en las cabinas son interruptores automáticos MT de Schneider Electric. El sistema de protección utilizado son equipos multifunción de la gama Sepam de dicha compañía.
Las cargas de esta barra son fundamentalmente transformadores MT/BT y motores que alimentan bombas de los diversos sistemas de la central. Es por ello fundamental la disponibilidad de estas máquinas con el fin de conseguir un excelente funcionamiento de la planta de generación de energía. Para ello se ha recurrido a un esquema eléctrico de simple barra partida con acoplamiento con interruptor automático y dos acometidas. Cada una de las acometidas es capaz de soportar todas las cargas de la barra. El complemento evidente para este sistema es el equipo de transferencia. En esta planta de ciclo combinado, como novedad, se usaron los equipos de protección multifunción de las acometidas para comandar la transferencia. Estos equipos son Sepam B83, utilizándose dos equipos, uno para cada acometida, comandando los interruptores de las acometidas y el interruptor de acople. Para poder realizar las diversas vigilancias de tensión necesarias, cada uno de ellos puede leer de 6 TTs (3 TTs en la entrada de cables de la acometida y 3 TTs en cada semibarra).
Requerimientos funcionales del automatismo de transferencia/reposición
El sistema realiza tanto las transferencias por problemas en la red (definido más abajo) como las reposiciones a estado normal.
El estado normal de la planta se produce con las dos acometidas alimentando cada semibarra, con el interruptor de acoplamiento abierto. En caso de que, por alguna razón, no dispongamos de servicio de una de las acometidas (detallado más abajo), el interruptor correspondiente a dicha acometida se abrirá y el interruptor de acoplamiento se cerrará, dando la otra acometida servicio a las dos semibarras. Es importante destacar que primero se abre la acometida y cuando se cumplen unas ciertas condiciones, se cierra el acoplamiento (transferencia con tensión residual en barras).
Cuando la situación se normaliza, la reposición se puede realizar tanto en modo manual a pie de equipo, como desde el SCD (Sistema de Control Distribuido) de la planta. Cuando las condiciones de servicio son correctas, el interruptor de acoplamiento se abre cerrándose a continuación la acometida que estaba abierta fuera de servicio.
Las condiciones iniciales para considerar que el automatismo de reposición/transferencia está disponible son:
• Todos los selectores Local-Remoto de las cabinas de acometida y acople en Remoto.
• No puesta a tierra de las celdas MT
• Interruptores automáticos de las celdas de acometida y acople insertados (son celdas con interruptores extraíbles).
• Señal celdas MT disponible Ok
• Todos los magnetotérmicos de los TTs cerrados.
• Ninguna protección de fases o tierra disparada.
Automatismo de transferencia
El automatismo de transferencia se lanzará por alguna de las siguientes razones:
• Con selector de la transferencia en automático y las condiciones iniciales disponibles:
• Por falta de tensión en la acometida
• Por una orden de transferencia desde SCD
• Por un disparo equipo de protección aguas arriba en AT.
• Con selector de la transferencia en manual y las condiciones iniciales disponibles:
• Por una orden manual de transferencia.
El interruptor automático de acoplamiento se abrirá. Si al cabo de un tiempo no se ha recibido el feed-back de interruptor abierto, se lanzará una señal de fallo de transferencia tanto local como al SCD, quedando el automatismo bloqueado a la espera de actuación del equipo de mantenimiento.
Por otro lado, tras abrir el interruptor automático de la acometida, se procederá a cerrar el interruptor de acoplamiento. En caso de que la tensión remanente de la semibarra se alargue en el tiempo, la transferencia dará señal de fallo.
Una vez cumplida la anterior condición, el interruptor automático de acoplamiento cerrará, soportando la otra acometida las dos semibarras y la reaceleración de los motores de MT que estuviesen en marcha.
Automatismo de Reposición
El automatismo de reposición se lanzará por alguna de las siguientes razones:
• Con selector de la transferencia en automático y las condiciones iniciales disponibles.
• Por una orden de reposición desde SCD
• Con selector de la transferencia en manual y las condiciones iniciales disponibles
• Por una orden de reposición selector local La secuencia de reposición tanto desde SCD como en manual sería:
• Orden de apertura del interruptor de acoplamiento. Si el automatismo no recibe la señal de interruptor abierto, se recogerá la señal, tanto en local como en el SCD, de fallo reposición.
• Orden de cierre del interruptor de acometida. Si el automatismo no recibe la señal de interruptor abierto, se recogerá la señal, tanto en local como en el SCD, de fallo reposición.
Por seguridad, también puede existir otra causa que provoque una reposición o retransferencia. Sería el caso en que el acople está cerrado (fruto de una transferencia) y la acometida que nos está alimentando falla, teniendo la otra disponible. En ese caso, se da orden, a la acometida disponible, de cerrar para sostener las cargas tras cumplirse la condición de que la tensión en las semibarras ha caído por debajo de un valor establecido.
El automatismo incorpora una secuencia de seguridad para evitar el paralelo de las dos acometidas y el acople. De igual forma existe un enclavamiento eléctrico interno en las celdas de MT que evita cualquier tipo de maniobra que provoque el paralelismo de los tres interruptores. En el caso de que esta se produzca, los tres interruptores automáticos podrán permanecer cerrados un tiempo mínimo, momento en el cual se da orden de apertura al interruptor automático de acoplamiento.
Equipos Utilizados
Los equipos utilizados (como ya hemos mencionado) son dos sistemas de protección multifunción Sepam B83, uno en cada acometida. Estos equipos realizan las funciones de transferencia, además de proteger las mencionadas acometidas ante defectos de fases y tierra, leyendo de los transformadores de intensidad de que están dotadas esas celdas. Por tanto cada equipo lee señales de 3 transformadores de intensidad, 3 transformadores de tensión en la llegada antes del interruptor automático y 3 transformadores de tensión en la semibarra correspondiente. Además, se llevan al sistema de control distribuido (SCD) las señales de medida de intensidad (3F), tensión (3F), potencia activa, potencia reactiva, factor de potencia y frecuencia de la línea.
Para poder realizar el automatismo de transferencia/reposición, además de poder dar señalización local y al SCD, ha sido necesario dotar a cada equipo con 28 entradas digitales y 17 salidas a relé.
Los equipos están también conectados a una red modbus con emisión por difusión para evitar errores de sincronización, de tal forma que cada rele de protección (de ambos embarrados) pueda recibir la fecha y hora con el fin de sincronizar sus eventos internos. De este modo el personal de mantenimiento tiene a su disposición una cola de 256 eventos con fecha y hora y precisión 1 ms para saber qué ha estado pasando en esos equipos y poder tomar medidas correctivas. El sistema de sincronización es un sistema dual redundante de Schneider Electric, recibiéndose del sincronizador (un PLC Modicon de Schneider Electric con tarjeta lectura de protocolo IRIG-B del GPS de planta) la trama horaria y además desde el mencionado PLC se reciben cada 10 segundos naturales un pulso de sincronización. De este modo se obtiene en todos los equipos de protección Sepam de la central una sincronización con precisión de 1 ms.
El automatismo de transferencia/reposición se implementó utilizando el software de programación de contactos SFT2885 disponible en la gama Sepam serie 80. Este software permite implementar cualquier automatismo deseado por el cliente (hasta 1000 líneas de programa) utilizando contactos, temporizadores, biestables, etc. Una vez realizado el análisis funcional, se escribió el programa, probándolo previamente en la función de simulación en PC que incorpora el software. Más tarde se cargó el programa en los equipos multifunción y se realizaron pruebas reales en los talleres de PINE con las celdas de media tensión. Con ello se validó que el automatismo respondía a las expectativas esperadas.
Conclusión
El proyecto permitió demostrar que los nuevos equipos multifunción de protección son capaces no sólo de realizar las funciones de protección y medición de parámetros, si no además de automatismos específicos. Asimismo se pudo añadir a la instalación la secuencia de eventos sincronizada del automatismo, ya que los propios equipos multifunción ya disponían de la misma. A posteriori, este sistema también se ha implementado en la central de ciclo combinado de Castellón (1x800MW configuración 2x1).
Por lo tanto no sólo se alcanzaron optimizaciones tanto técnicas como económicas, sino que se avanzó en este proyecto en la integración de sistemas, simplificando y avanzando con ello en las facilidades y mantenibilidad del sistema.