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1 COMIT MEXICANO 11 - 02 BIENAL. IMPACTO DE LAS CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS. GENERADORES SINCRONOS INSTALADOS EN SISTEMAS. INDUSTRIALES. Edgar Robles* Oscar Reyes* Roberto Campuzano * Enrique Priego**. Instituto de Investigaciones El ctricas* PGPB**. Gerencia de Equipos El ctricos Villahermosa, Tab. Temixco, Morelos RESUMEN En M xico, en algunos esquemas de generaci n de tipo industrial, para limitar la corriente de cortocircuito se Como resultado de la falla a tierra de uno de los conecta s lo un generador a tierra a trav s de una alimentadores instalados en un centro procesador de resistencia y el resto se mantienen flotados. Es com n gas, se da el engrane del reductor de velocidad de un que en estas plantas los generadores operen a la mitad generador de MVA. A fin de determinar las causas de su capacidad. Al limitar las CORRIENTES de falla, en de la falla del engrane, se efectu la simulaci n del ciertos casos se pueden tener problemas de evento.

2 El IMPACTO de la falla en el generador, se sensibilidad por parte de los relevadores de protecci n, evalu aplicando pruebas diel ctricas a los devanados en especial cuando stos son del tipo electromec nico. de estator y rotor. En este art culo se analizan las causas de falla del engrane del reductor de velocidad de un turbogenerador INTRODUCCI N instalado en un centro procesador de gas en M xico. El da o del engrane se present una semana despu s de ocurrida la falla a tierra de uno de los cables de energ a El IMPACTO que tienen las CORRIENTES de SECUENCIA instalados en el centro. Por informaci n proporcionada negativa en los generadores s ncronos ha sido tema de por el personal del centro se sabe el evento tuvo una continuo inter s, y por lo tanto ha sido cubierto en duraci n de algunos minutos, hasta que esta se diversas publicaciones t cnicas.

3 Los reportes que se convirti en una falla trif sica. Se realiz la simulaci n tienen indican que el rotor es el elemento m s propenso del evento con la finalidad de determinar la magnitud de a sufrir da os por efecto de stas CORRIENTES [1]. Los las CORRIENTES de SECUENCIA negativa en el generador, y da os en el rotor se deben a la circulaci n de CORRIENTES de esta manera analizar la causa de que el relevador de de magnitudes considerables por su superficie (cu as y SECUENCIA negativa no haya operado. Asimismo, se anillo de retenci n). llev a cabo la evaluaci n indirecta del IMPACTO de la Se sabe, que las causas m s comunes que dan origen falla en el generador, para lo cual se realizaron pruebas a la aparici n de CORRIENTES de SECUENCIA negativa se diel ctricas al sistema aislante de los devanados de presentan cuando el generador est alimentando cargas estator y rotor.

4 Desbalanceadas, cuando se presentan fallas a tierra o entre fases, y cuando no cierra uno o dos polos de un IMPACTO DE LAS CORRIENTES DE SECUENCIA . interruptor. La falla entre fases es la condici n que tiene NEGATIVA EN EL GENERADOR. mayor aportaci n de corriente de SECUENCIA negativa;. mientras que la condici n de circuito abierto produce En un sistema trif sico balanceado, en condiciones de magnitudes reducidas de corriente de SECUENCIA estado estable el generador nicamente aporta hacia el negativa [2]. sistema CORRIENTES de SECUENCIA positiva. En esta condici n, el flujo en el entrehierro del generador gira en la misma direcci n y en sincron a con el devanado de campo. Sin embargo, durante condiciones de desbalance ( cortocircuitos a tierra o entre fases), se producen CORRIENTES de SECUENCIA negativa que giran en direcci n opuesta a la del rotor.

5 El flujo producido por esta corriente, visto por el rotor, tiene una frecuencia del doble de la velocidad de sincron a. Art culo recomendado y aprobado por el Comit La presencia de CORRIENTES de SECUENCIA negativa Nacional de cigre M xico, para presentarse en el constituye un serio problema para el generador. Desde Segundo Congreso Bienal, del 13 al 15 de junio del el punto de vista mec nico, estas CORRIENTES inducen 2001, en Irapuato, Gto. CIGR -M XICO BIENAL 2001. fuerzas electromotrices que se contraponen al giro En la Fig. 2 se muestra el da o producido por la normal de la m quina durante el tiempo que dura la circulaci n de CORRIENTES superficiales en la interfase que condici n de falla. Como el sentido de giro lo determina se forma entre las cu as y el anillo de retenci n. la turbina, los esfuerzos mec nicos se reflejan directamente en el acoplamiento rotor-turbina.

6 Los engranes del reductor de velocidad funcionan como fusibles mec nicos; cuando se excede la capacidad de los fusibles, estos operan evitando el da o de los elementos principales del generador como son la turbina y el propio generador. Desde el punto de vista el ctrico, el efecto piel de la corriente del doble de la frecuencia en el rotor, ocasiona que stas sean forzadas a circular por los elementos que est n en la superficie del rotor (cu as y anillos de retenci n) como se ilustra en la Fig. 1. Fig. 2. Ejemplo del da o en la cu as en la zona de interfase en donde se traslapan las cu as con el anillo de retenci n. DESCRIPCI N DEL CIRCUITO Y SECUENCIA DE. EVENTOS. En diciembre del 2000 se present una falla a tierra en uno de los cables que conectan al interruptor de la SE. de enlace de 115 kV, con el interruptor del Bus de Fig. 1. Circulaci n de CORRIENTES en la superficie del sincronizaci n de un centro procesador de gas.

7 El rotor debido a condiciones de desbalance y CORRIENTES circuito el ctrico del complejo y la localizaci n de la de SECUENCIA negativa. falla, se muestran en la La circulaci n de stas CORRIENTES a trav s de las cu as Cuando ocurri la falla, el TG-4 y el T-2 se encontraban y anillos de retenci n del rotor, causa calentamiento en sincronizados para suministrar la carga al complejo. El estos elementos, situaci n que puede generar dos TG-4 se encontraba aportando una potencia de 22 MW. modos de falla: El generador operaba con su neutro aterrizado a trav s de un banco de resistencias de , mientras que el Las cu as se calientan hasta el grado que se puede secundario del T-2 estaba aislado de tierra. En ese propiciar su flexi n, y por la fuerza centr fuga del momento, el TG-3 se encontraba desconectado del rotor, stas se pueden doblar provocando su ruptura.

8 Sistema. Debido al sobrecalentamiento del anillo de retenci n, este se expande y se libera del cuerpo del rotor, lo Asimismo, en el esquema el ctrico de la planta se que puede provocar que se desprenda [3]. emplean reactores para la conexi n de los generadores al bus de sincronizaci n. La finalidad de stos reactores es limitar la corriente de cortocircuito. 2. CIGR -M XICO BIENAL 2001. Bus Bus Infinito Infinito 115 kV. T-2 T-1. /Y /Y. BUS DE SINCRONIZACI N. kV, 3F. B A kV, 3F. 1. MVA MVA. R-1 R-2 R-3 R-4. fp= fp= TG-3. 33 MVA. fp= MVA. fp= CABLE. 1. FALLADO. TG-4. MVA. fp= MVA MVA. MVA. fp= fp= fp= MVA MVA. fp= fp= Fig. 3 Diagrama unifilar del sistema de potencia del complejo procesador de gas donde ocurri el evento. momento de la falla. Tambi n se realizaron Se present una falla en uno de los alimentadores del simulaciones en condiciones de carga m xima.

9 Complejo. Con la falla el generador se qued sin referencia de tierra. Esta falla se mantuvo durante Asimismo, se evalu el IMPACTO de los reactores algunos minutos hasta que se convirti en una falla utilizados para limitar la corriente de cortocircuito del trif sica y fue liberada. Es decir el generador sistema, y el efecto de la resistencia de arco en la permaneci operando en condiciones desbalanceadeas magnitud de las CORRIENTES de SECUENCIA negativa. Los durante un tiempo considerable. Esta falla fue localizada resultados obtenidos se muestran en la Tabla 1. En la en el cable donde inici el evento; es decir, la falla Fig. 4 se muestra el comportamiento de la corriente de monof sica evolucion convirti ndose en una falla SECUENCIA negativa en el generador, en funci n de la trif sica. magnitud de la resistencia de arco y de la carga aportada por el generador.

10 La falla fue seccionada y se recuper el servicio de 3. energ a el ctrica en forma normal. Sin embargo, unos En condiciones de estado estable se obtuvieron los d as despu s, en enero de 2001, y bajo condiciones siguientes valores para las CORRIENTES de fase en normales de operaci n, se present la falla del engrane terminales del TG-4: del reductor de velocidad de la turbina del TG-4. Se i a 1861 0 . estableci la hip tesis de que los da os en el reductor 3. de velocidad se originaron como resultado de operar el generador en condiciones no balanceadas. i = 1861 120 A. b rms SIMULACI N DEL EVENTO i c 1861 240 . donde, Para determinar la magnitud de las CORRIENTES que aport el generador durante la falla del cable de i 0 0 . energ a, se simul el evento de falla con las condiciones i = 1861 0 A. de operaci n en las que se encontraba el complejo en el 1 rms i 2 0.