INTRODUCCIÓN

El dispositivo Multi-Line GPC 2 es un equipo que es principalmente un controlador para la operación de las centrales de grupos electrógenos de la tecnología Hyundai, pero que a su vez contiene funciones de protección para garantizar el resguardo de las maquinas generadora [1].

Para garantizar la correcta protección de un generador no solo se debe asegurar su disparo durante fallas, sino también protegerlo en su funcionamiento en estado normal evitando una incorrecta operación [2], [3]. Por ejemplo una falla de pérdida del campo puede ser una contingencia grave si la unidad está a plena carga y menos graves si está en vacío. La correcta protección de esta contingencia evitará sobre tensiones en del devanado del rotor y calentamientos en las cabezas de las bobinas [4].

MÉTODO

Técnicas de análisis de datos

Análisis de cortocircuitos, análisis de pérdida del campo y desbalance de las corrientes de un generador, y análisis de la operación de relés de protecciones.

Procedimiento

Se simularon contingencias internas y externas en un generador de una planta de grupos electrógenos de tecnología Hyundai 2.5 MW. Se analizó el comportamiento de las funciones de protección con la que cuenta el dispositivo utilizado en estas centrarles (Multi-Line 2 GPC) funciones de protección.

Técnicas de análisis de datos

En la figura 1 se representa la programación de las funciones de protección del dispositivo GPC logrado a través de un diagrama en bloques utilizando el software Power Factory.

Figura 1.
Diagrama en bloque utilizado DIgSILENT Power Factory para simular el GPC

Cada uno de estos bloques simulan los elementos de un sistema de protecciones desde los encargados de tomar las mediciones, procesarlas, verificarlas en cada de las funciones de protección y definir el disparo.

Para poder analizar el comportamiento de las funciones de protección fue necesario incluir el modelo de la figura anterior en un esquema (figura 2) de 8 generadores que representan un grupo electrógeno de la misma tecnología.

Figura 2.
Diagrama unifilar de un grupo de la tecnología Hyundai [5]

Junto con el diseño del esquema y el diagrama en bloque se simularon múltiples contingencias como perdida del campo de generadores, cortocircuitos, motorización, desequilibrios, entre otros, para verificar el trabajo de cada una de las funciones de protección y si garantiza la total seguridad de los generadores.

RESULTADOS

Se mostrarán algunos resultados de numerosas contingencias simuladas. Durante las simulaciones realizadas se observó y comprobó cada una de las funciones de protección con la que cuenta el dispositivo de protección GPC simulado. Se encontraron numerosos problemas, no en su funcionalidad, sino en las funciones de protección que posee para garantizar el cumplimiento de las normas básicas (figura 3).

Figura 3.
Forma de onda de la potencia reactiva con pierde el campo

En la figura se presentó la potencia reactiva en el generador cuando ocurre una pérdida del campo y la maquina se encuentra en vacío siendo este valor el mínimo posible, dado que aumentaría según la cantidad de potencia activa con la que se encontrará trabajando la máquina antes del fenómeno [6], [7] .

A pesar que el relé simulado dispararía en esta contingencia hay problemas en esta protección de tiempo definido. La capacidad de potencia reactiva negativa con la que puede trabajar el generador va disminuyendo a medida que aumenta su potencia activa (curva de capacidad). Esto obligaría a disminuir más el ajuste garantizar una protección total del generador a máxima potencia, pero a costo de su eficiencia.

Los generadores Hyundai que se utilizaron en la simulación tiene como corriente nominal 273 A y la protección con la que cuenta el GPC de un sobre corriente 50/51. Este tipo de protección no debe ser utilizada dado que si aparece una falla estando la máquina en vacío (justo cuando se sincroniza al sistema), la corriente una vez pasado un tiempo muy pequeño (figura 4) toma valores menores a su nominal.

Figura 4.
Forma de onda de las corrientes de cada una de las fases durante un cortocircuito

Se pudiera pensar en disminuir el tiempo de disparo de la protección, pero entonces no coordinaría con los otros dispositivos de protecciones externas. Otra solución pudiera ser bajar el ajuste, pero entonces impediría el trabajo de la unidad generadora a su máxima potencia [6]. Esto demuestra la necesidad de la protección 51V pero este dispositivo no lo posee.

DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

Muchos fueron los resultados obtenidos del análisis de las protecciones instaladas en los grupos de generación por grupos electrógenos de tecnología 2.5MW y el resultado principal es que su esquema de protecciones debe ser sustituido.

Se logró simular todas las funciones de protección del dispositivo GPC instalado en este tipo de centrales térmicas en motores de combustión interna y con esto demostrar a las autoridades que los generadores no están debidamente protegidos.

FUENTES DE FINANCIAMIENTO

Trabajos realizados con el apoyo de la Universidad Tecnológica de la Habana.

DECLARACIÓN DE CONFLICTO DE INTERÉS

Los autores declaran que no existen conflictos de intereses.

APORTE DEL ARTÍCULO EN LA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

La complejidad de los estudios estáticos y dinámicos de las protecciones de una instalación es elevada por la cantidad de información y datos involucrados. La simulación real permite en un mismo software poseer toda la información y evaluar de forma virtual si un equipo real de protección actuará de forma correcta o no. Se demostró en una instalación de grupo electrógenos de tecnología Hyundai 2.5 MW donde las autoridades ya han aceptado el proceso de sustitución de la tecnológica de protecciones producto a estos resultados de simulación presentados.

DECLARACIÓN DE CONTRIBUCIÓN DE CADA AUTOR

Álvaro Jesús Caballero Mena. Diseño del experimento y la investigación. Desarrollo de la modelación y la simulación. Redacción de la publicación.

Orlys Ernesto Torres Breffe. Diseño del experimento y la investigación. Desarrollo de la modelación y la simulación. Redacción de la publicación.

Agradecimientos

Se agradece a la Universidad Tecnológica de la Habana y el centro de Investigaciones y Pruebas Eléctricas por confiar en el trabajo de sus profesionales.

REFERENCIAS

[1] Denmark, «Multi genset paralleling». [En línea]. Disponible en: https://www.deif.es/land-power/genset-controls/multi-genset-paralleling. [Accedido: 15-ene-2020].

[2] C. Babu, «Generator Protection Application Guide», dic. 2019.

[3] «IEEE Guide for AC Generator Protection», IEEE Std C37.102-2006 (Revison of IEEE Std C37.102-1995), pp. 1-177, feb. 2007, doi: 10.1109/IEEESTD.2007.8526571.

[4] ABB, «Generator protection basics Philosophy». 01-oct-2020.

[5] «UNE 2500kW Generating Set DIESEL POWER PLANT», 14-ene-2020. [En línea]. Disponible en: http://as.hyundai-engine.com/. [Accedido: 14-ene-2020].

[6] «Power System Protection von Paul M. Anderson | ISBN 978-0-7803-3427-4 | Fachbuch online kaufen - Lehmanns.de», 14-ene-2020. [En línea]. Disponible en: https://www.lehmanns.de/shop/technik/2559355-9780780334274-power-system-protection. [Accedido: 14-ene-2020].

[7] «LOSS OF EXCITATION PROTECTION FOR MODERN SYNCHRONOUS GENERATORS», feb-2020.