Estudios Transitorios

A Rev.

2011-0128 Fecha

Emisión Original Descripción

AGZ/JCC

EBE

MAS

Ejec.

Rev.

Apr.

Línea de Transmisión 500 kV Chilca Nueva – Montalvo 2 y Subestaciones Asociadas

ATS Título: Estudios Transitorios Informe N°:

Revisión AP-01-0020-IT-121

Responsabl e Técnico:

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Estudios Transitorios

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Tabla de Contenido ontenido de C

1. 2. 3.

4.

5.

6. 7.

Objetivos ............................................................................................................ 6 Antecedentes ..................................................................................................... 6 Metodología ...................................................................................................... 6 3.1 Recierre Monopolar de Líneas .................................................................... 7 3.2 Corrientes de Arco Secundario ................................................................... 7 3.3 Energización de Líneas ............................................................................... 8 3.4 Solicitación Térmica en los Descargadores .................................................. 8 3.5 Resonancias con Una o Dos Fases Abiertas ................................................. 9 3.6 Tensión Transitoria de Recuperación (TTR) .................................................. 9 3.7 Respuesta de Impedancia en función de la Frecuencia ........................ ........ 9 3.8 Energización de Transformadores ............................................................. 10 Información del Sistema ................................................................................... 10 4.1 Datos de las Líneas ................................................................................... 12 4.2 Transformadores ...................................................................................... 12 4.3 Reactores de Línea ................................................................................... 14 4.4 Reactores de Neutro ................................................................................ 15 4.5 Descargadores de Sobretensiones ............................................................ 15 4.6 Interruptores ............................................................................................ 16 4.7 Fuentes Equivalentes ................................................................................ 16 Resultados ........................................................................................................ 17 5.1 Sobretensiones por Energización de Líneas ............................................... 17 5.2 Sobretensiones por Recierre Monopolar de Líneas ......................... ............. ....................... ........... 17 5.3 Solicitaciones Térmicas y Dinámicas en los Descargadores de Neutro ........ 18 5.4 Verificación de la Extinción del Arco Secundario ....................................... 26 5.5 Tensión Transitoria de Recuperación ......................... ............ .......................... .......................... ................... ...... 39 5.6 Solicitaciones Térmicas de los Descargadores ......................... ............ .......................... ................... ...... 50 5.7 Resonancias con Una o Dos Fases Abiertas ............................................... 53 5.8 Respuesta de Impedancia en función de la Frecuencia ........................ ...... 57 5.9 Sobretensiones por Maniobra de Energización de Transformadores .......... 61 Conclusiones .................................................................................................... 62 Referencias Bibliográficas .................................................................................. 66


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Tabla de Contenido ontenido de C

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Objetivos ............................................................................................................ 6 Antecedentes ..................................................................................................... 6 Metodología ...................................................................................................... 6 3.1 Recierre Monopolar de Líneas .................................................................... 7 3.2 Corrientes de Arco Secundario ................................................................... 7 3.3 Energización de Líneas ............................................................................... 8 3.4 Solicitación Térmica en los Descargadores .................................................. 8 3.5 Resonancias con Una o Dos Fases Abiertas ................................................. 9 3.6 Tensión Transitoria de Recuperación (TTR) .................................................. 9 3.7 Respuesta de Impedancia en función de la Frecuencia ........................ ........ 9 3.8 Energización de Transformadores ............................................................. 10 Información del Sistema ................................................................................... 10 4.1 Datos de las Líneas ................................................................................... 12 4.2 Transformadores ...................................................................................... 12 4.3 Reactores de Línea ................................................................................... 14 4.4 Reactores de Neutro ................................................................................ 15 4.5 Descargadores de Sobretensiones ............................................................ 15 4.6 Interruptores ............................................................................................ 16 4.7 Fuentes Equivalentes ................................................................................ 16 Resultados ........................................................................................................ 17 5.1 Sobretensiones por Energización de Líneas ............................................... 17 5.2 Sobretensiones por Recierre Monopolar de Líneas ......................... ............. ....................... ........... 17 5.3 Solicitaciones Térmicas y Dinámicas en los Descargadores de Neutro ........ 18 5.4 Verificación de la Extinción del Arco Secundario ....................................... 26 5.5 Tensión Transitoria de Recuperación ......................... ............ .......................... .......................... ................... ...... 39 5.6 Solicitaciones Térmicas de los Descargadores ......................... ............ .......................... ................... ...... 50 5.7 Resonancias con Una o Dos Fases Abiertas ............................................... 53 5.8 Respuesta de Impedancia en función de la Frecuencia ........................ ...... 57 5.9 Sobretensiones por Maniobra de Energización de Transformadores .......... 61 Conclusiones .................................................................................................... 62 Referencias Bibliográficas .................................................................................. 66


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Lista de Tablas ablas de T

Tabla 1. Tabla 2. Tabla 3. Tabla 4. Tabla 5. Tabla 6. Tabla 7. Tabla 8. Tabla 9. Tabla 10. Tabla 11. Tabla 12. Tabla 13. Tabla 14. Tabla 15. Tabla 16. Tabla 17. Tabla 18. Tabla 19. Tabla 20. Tabla 21. Tabla 22. Tabla 23. Tabla 24. Tabla 25.

Datos de las líneas a 500 kV........................ ........... .......................... .......................... .......................... ................... ...... 12 Parámetros básicos de la transformación ......................... ............ ......................... ......................... ............. 12 Impedancias de los transformadores modelados ........................ ........... .......................... ............... .. 13 Saturación de transformadores, tensión - corriente ........................ ............ ....................... ........... 13 Saturación de los transformadores, corriente-flujo ......................... ............. ....................... ........... 14 Características de los descargadores de sobretensión.......................... ............. ................... ...... 15 Fuentes equivalentes ......................... ............ ......................... ......................... .......................... .......................... ................. .... 17 Sobretensiones fase - tierra por energización de líneas .................. ...... ....................... ........... 17 Sobretensiones fase - fase por energización de líneas ............................... .................. ............. 17 Sobretensiones fase - tierra por recierre monopolar .......................... ............. ..................... ........ 18 Sobretensiones fase - fase por recierre monopolar ......................... ............. ....................... ........... 18 Solicitaciones térmicas y dinámicas en los descargadores de neutro .......... 19 Resultados Arco Secundario Línea Chilca-Marcona. .......................... ............. ..................... ........ 35 Resultados Arco Secundario Línea Marcona-Ocoña.................. Marcona-Ocoña............................... ................. .... 36 Resultados Arco Secundario Línea Ocoña-Montalvo................. Ocoña-Montalvo.............................. ................. .... 37 Probabilidades de extinción del arco secundario. Tiempo muerto 638 ms. ................................................................................................... 38 Probabilidades de extinción del arco secundario. Tiempo muerto 780 ms. ................................................................................................... 39 Energía máxima disipada por los descargadores de sobretensión s obretensión .............. ............ .. 51 Energía máxima disipada por los descargadores de sobretensión s obretensión .............. ............ .. 52 Grado de compensación para ocurrencia de resonancia.......................... ............. ............... .. 54 Posibles grados de compensación de las líneas ........................ ........... .......................... ................. .... 54 Resonancias con fases abiertas ......................... ............ ......................... ......................... .......................... ............... .. 55 Impedancias armónicas de la red .......................... ............. .......................... ......................... ....................... ........... 60 Sobretensiones fase – tierra por energización de transformadores ............ .......... .. 62 Máximas corrientes por energización de transformadores, p.u. ................. ............. .... 62


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Lista de Figuras

Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5. Figura 6. Figura 7. Figura 8. Figura 9. Figura 10. Figura 11. Figura 12. Figura 13. Figura 14. Figura 15. Figura 16. Figura 17. Figura 18. Figura 19. Figura 20. Figura 21. Figura 22. Figura 23. Figura 24. Figura 25. Figura 26.

Diagrama general del proyecto línea Chilca Nueva – Montalvo 2 a 500 kV .................................................................................................... 11 Representación general del proyecto en ATP ............................................ 12 Saturación de los transformadores, corriente-tensión ................................ 13 Característica de protección de ZnO ......................................................... 16 Caso 1. Falla monofásica en Marcona, recierre estadístico en Chilca. Corriente por el reactor de neutro de Marcona. ....................................... 20 Caso 1. Falla monofásica en Marcona, recierre estadístico en Chilca. Energía disipada por los descargadores. ................................................... 20 Caso 2. Falla monofásica en Chilca, recierre estadístico Marcona. Corriente por el reactor de neutro de Chilca. ............................................ 21 Caso 2. Falla monofásica en Chilca, recierre estadístico Marcona. Energía disipada por los descargadores. ................................................... 21 Caso3. Falla monofásica en Ocoña, recierre estadístico en Marcona. Corriente por el reactor de neutro de Ocoña. ........................................... 22 Caso3. Falla monofásica en Ocoña, recierre estadístico en Marcona. Energía disipada por los descargadores. ................................................... 22 Caso 4. Falla monofásica en Marcona, recierre estadístico en Ocoña. Corriente por el reactor de neutro de Marcona............................. 23 Caso 4. Falla monofásica en Marcona, recierre estadístico en Ocoña. Energía disipada por los descargadores. ....................................... 23 Caso 5. Falla monofásica en Montalvo, recierre estadístico en Ocoña. Corriente por el reactor de neutro de Montalvo............................ 24 Caso 5. Falla monofásica en Montalvo, recierre estadístico en Ocoña. Energía disipada por los descargadores. ....................................... 24 Caso 6. Falla monofásica en Ocoña, recierre estadístico en Montalvo. Corriente por el reactor de neutro de Montalvo. ...................... 25 Caso 6. Falla monofásica en Ocoña, recierre estadístico en Montalvo. Energía disipada por los descargadores. ................................... 25 Límites de la zona de extinción del arco secundario .................................. 26 Arco secundario, Fases A, B y C línea Chilca-Marcona a 500 kV................ 29 Arco secundario, Fase A, B y C línea Marcona - Ocoña a 500 kV .............. 30 Arco secundario. Fase A, B y C línea Ocoña - Montalvo 2 a 500 kV .......... 32 Resultados del arco secundario en la línea Chilca - Marcona a 500 kV .................................................................................................... 33 Resultados del arco secundario en la línea Marcona-Ocoña a 500 kV .................................................................................................... 33 Resultados del arco secundario en la línea Ocoña-Montalvo 2 a 500 kV .................................................................................................... 34 Resultados del arco secundario en la línea Marcona-Ocoña a 500 kV. Tiempo muerto 780 ms. .............................................................. 38 Resultados del arco secundario en la línea Ocoña-Montalvo a 500 kV. Tiempo muerto 780 ms. .............................................................. 39 TRV Normalizado en interruptores a 245 kV y 550 kV .............................. 40


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TS Figura 27. Figura 28. Figura 29. Figura 30. Figura 31. Figura 32. Figura 33. Figura 34. Figura 35. Figura 36. Figura 37. Figura 38. Figura 39. Figura 40. Figura 41. Figura 42. Figura 43. Figura 44. Figura 45. Figura 46. Figura 47. Figura 48. Figura 49. Figura 50. Figura 51. Figura 52. Figura 53. Figura 54. Figura 55.

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TRV Falla Terminal: Chilca a Marcona 500 kV ........................................... 41 TRV Falla Kilométrica: Chilca a Marcona 500 kV ....................................... 41 TRV Falla Terminal: Marcona a Chilca 500 kV ........................................... 42 TRV Falla Kilométrica: Marcona a Chilca 500 kV ....................................... 42 TRV Falla Terminal: Marcona a Ocoña 500 kV .......................................... 43 TRV Falla Kilométrica: Marcona a Ocoña 500 kV ....................................... 43 TRV Falla Terminal: Ocoña a Marcona 500 kV .......................................... 44 TRV Falla Kilométrica: Ocoña a Marcona 500 kV ....................................... 44 TRV Falla Terminal: Ocoña a Montalvo 500 kV ......................................... 45 TRV Falla Kilométrica: Ocoña a Montalvo 500 kV ...................................... 45 TRV Falla Terminal: Montalvo a Ocoña 500 kV ......................................... 46 TRV Falla Kilométrica: Montalvo a Ocoña 500 kV ...................................... 46 TRV en oposición de fases – Chilca a Marcona 500 kV ............................. 47 TRV en oposición de fases – Marcona a Chilca 500 kV ............................. 48 TRV en oposición de fases – Marcona a Ocoña 500 kV ............................. 48 TRV en oposición de fases – Ocoña a Marcona 500 kV ............................. 49 TRV en oposición de fases – Ocoña a Montalvo 500 kV ............................ 49 TRV en oposición de fases –Montalvo a Ocoña 500 kV ............................. 50 Disipación de energía máxima en descargadores de línea. ........................ 51 Disipación de energía máxima en descargadores de neutro. ..................... 52 Disipación de energía máxima en descargadores de línea. ........................ 53 Disipación de energía máxima en descargadores de línea. ........................ 53 Resonancias con una o dos fases abiertas. Máximas corrientes por reactores de neutro .................................................................................. 57 Z (ω), Año 2013, demanda mínima avenida, Marcona 500 kV .................. 58 Z (ω), Año 2013, demanda mínima avenida, Marcona 220 kV .................. 59 Z (ω), Año 2013, demanda mínima avenida, Montalvo 2 a 500 kV ........... 59 Z (ω), Año 2013, demanda mínima avenida, Montalvo 2 a 220 kV ........... 60 Primer pico corriente Inrush...................................................................... 61 Componentes armónicas corriente inrush ................................................. 61


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Objetivos

Este documento tiene por objetivo presentar metodología y resultados correspondientes a los estudios de transitorios electromagnéticos y de otras funciones dinámicas, realizados para las subestaciones, transformadores y líneas de transmisión asociadas al Proyecto línea Chilca Nueva – Marcona- Ocoña - Montalvo 2 a 500 kV. 2.

Antecedentes

A través de concurso público internacional se le otorgó a Abengoa Perú la concesión de las obras de construcción, operación y mantenimiento de los equipos de transmisión eléctrica correspondientes a la línea Chilca Nueva - Montalvo 2 a 500 kV. De acuerdo con las exigencias del COES, el estudio de transitorios electromagnéticos y de otras demás funciones dinámicas, debe dar resultados y definir las condiciones de las maniobras de energización de las líneas y autotransformadores asociados al proyecto. Se deben identificar eventuales condiciones de resonancia durante estas energizaciones y durante los recierres monofásicos de las líneas asociadas al proyecto. 3.

Metodología

Para realizar los estudios de transitorios electromagnéticos se efectúan simulaciones digitales con el programa ATP y su interfaz gráfica ATPDraw. Las siguientes son las simulaciones efectuadas para el estudio de las diferentes operaciones generadoras de fenómenos transitorios: −

Energización de líneas

−

Recierre monopolar de líneas

−

Solicitaciones térmicas y dinámicas en los descargadores de neutro

−

Corrientes de arco secundario

−

Energización de líneas con falla

−

Tensión transitoria de recuperación (TTR)

−

Resonancias con una o dos fases abiertas

−

Respuesta de Impedancia en función de la frecuencia

−

Energización de transformadores


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Para las sobretensiones de maniobra se adoptan tensiones pico base en cada nivel de tensión, que son las referencias para expresar los valores de sobretensiones en p.u. Para el sistema de 500 kV: − 408.2 kV (tensión base pico fase-tierra) − 707.1 kV (tensión base pico fase-fase) Para el sistema de 220 kV: − 179.6 kV (tensión base pico fase-tierra) − 311.1 kV (tensión base pico fase-fase) Las maniobras estadísticas simuladas, permiten obtener los valores medios y la desviación estándar ( σ) con las cuales se calcula el valor estadístico que corresponde a las sobretensiones con el 98% de probabilidad de ocurrencia, que serán utilizadas posteriormente para los estudios de coordinación de aislamiento de acuerdo con las Normas IEC 60071-1 y IEC 60071-2. Los siguientes numerales definen la metodología en cada uno de los estudios efectuados. 3.1 Recierre Monopolar de Líneas

Se abren los polos en ambos extremos de una fase, de tal manera que el segundo interruptor en abrir, lo hace dos ciclos (33 ms) después del primero para dejar acumular carga atrapada en esta fase. Se efectúa el recierre monofásico estadístico en el segundo interruptor, con distribución uniforme, en un intervalo mínimo de 1 ciclo de carga atrapada. No se consideran fallas monofásicas ya que estas drenan la carga atrapada y serían menos severas las sobretensiones en esta condición. 3.2 Corrientes de Arco Secundario

El objetivo es verificar si la corriente de arco secundario se extingue en un tiempo inferior al tiempo muerto de ajuste para el recierre monopolar de las líneas; el tiempo muerto se adoptó con un valor de 638 ms, con este valor de tiempo muerto se garantiza una alta probabilidad de extinción de arco secundario según los parámetros establecidos por el CESI, según los indicadores propuestos por el COES la probabilidad de extinción es aceptable. El procedimiento realizado consiste en efectuar una falla monofásica para cada fase en los extremos y en puntos intermedios de las líneas (1/6, ½ y 5/6 de su longitud), con apertura posterior en ambos extremos de la fase en falla, con el fin de observar las corrientes de arco primario y secundario. Después se efectúa la apertura de la falla para observar la extinción del arco secundario, de acuerdo con la siguiente secuencia:


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Secuencia

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Tiempo, ms 0

•

Inicio de la simulación

•

Falla monofásica en extremo (o puntos intermedios)

• •

Apertura de la fase en falla en un extremo Apertura de la fase en falla en el otro extremo

129 162

•

Apertura del interruptor de falla monofásica

800

V=0, V=Vmax(1)

1000 Finalización de la simulación Observaciones: Observaciones: (1) Tiempos correspondientes a la ubicación de la onda en tensión igual a cero y tensión máxima •

Se analizaron fallas monofásicas representando un modelo de arco secundario como una resistencia constante. Se adopta un valor recomendado de resistencia del arco de 5 Ohm; esta resistencia no tiene efecto en el arco secundario. Se hace una sensibilidad del instante de falla, dado que las corrientes de fallas que ocurren en el instante en que la onda de tensión de la fase a fallar está próxima a cero podría tener alto nivel de componente directa, lo cual puede dificultar la extinción del arco secundario, con tal fin se hicieron fallas en los puntos de la onda de tensión mínimo y máximo. El arco secundario es influenciado principalmente por el acople capacitivo y hasta cierto punto también depende del acople inductivo, pero decrece con el incremento del flujo de potencia dado que el acople inductivo creciente compensa el acople capacitivo. 3.3 Energización de Líneas

Las maniobras se realizan para un solo tramo de línea. Para todas las maniobras se efectuaron 200 energizaciones estadísticas, con 100 ms de tiempo de simulación. Se adoptó una dispersión máxima entre polos de los interruptores de 5 ms, con distribución normal. Se hicieron las simulaciones cubriendo 180° de la onda de tensión cosenoidal, con una distribución uniforme. No se toma en cuenta la carga atrapada, consideración que queda cubierta en las maniobras de recierre trifásico. 3.4 Solicitación Térmica en los Descargadores

Estas simulaciones estadísticas tienen por objeto determinar los valores máximos de energía a disipar por los descargadores de sobretensión en condiciones de falla monofásica en cada uno de los extremos de los circuitos a 500 kV con apertura monofásica y posterior recierre monofásico en ambos extremos, de acuerdo con la siguiente secuencia: • •

Secuencia Inicio de la simulación Falla monofásica en un extremo


Tiempo, ms 0 50

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• •

•

•


Apertura de la fase en falla en ambos extremos Recierre monofásico en ambos extremos de la fase en falla con persistencia de la falla Apertura trifásica definitiva en ambos extremos de línea con persistencia de falla Finalización de la simulación

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130 630 680 1000

En los peores casos se identifican las mayores exigencias de energía disipada por los descargadores y las amplitudes de las corrientes dinámicas en el reactor de neutro. Se determina la máxima energía disipada en los descargadores de línea y de neutro, ante una energización de cada una de las líneas con falla monofásica presente en el extremo opuesto al de la energización. 3.5 Resonancias con Una o Dos Fases Abiertas

Tiene por objeto verificar si se presenta alguna condición de resonancia debida a falla de polos de interruptor durante una energización o apertura. Se representa la apertura de una y de dos fases de una línea en ambos extremos y se miden las tensiones de cada fase, las energías disipadas en los descargadores de línea y de neutro y las corrientes de reactor de neutro. La simulación se realiza por un tiempo de dos segundos. 3.6 Tensión Transitoria de Recuperación (TTR TR) Recuperación (T TR)

La Tensión Transitoria de Recuperación TTR o TRV (Transient Recovery Voltage) entre los contactos del interruptor en su apertura para aclaramiento de fallas, está determinada por los parámetros R, L, C de la red y por el punto de aplicación de la falla a despejar por el interruptor. De un modo general, en cuanto a la localización de la falla, la falla terminal (fallas trifásicas ocurridas prácticamente sobre los terminales de los interruptores, la barra o las salidas de las líneas) es la más severa para el valor pico de TRV. La falla kilométrica (fallas monofásicas ocurridas sobre la línea de transmisión, a unos pocos kilómetros de distancia del interruptor) es más severa para la tasa de crecimiento. Estos dos parámetros son los más importantes y caracterizan el TRV. El análisis de la tensión transitoria de recuperación, se realiza comparando la sobretensión obtenida de las simulaciones con las gráficas estándar de TRV para un nivel de tensión de 500 kV y tipo de falla a despejar (terminal, kilométrica y en oposición de fases). 3.7 Respuesta de Impedancia en función de la Frecuencia

Se realizan análisis de impedancia en función de la frecuencia en el año 2013 en demanda mínima avenida, en los nodos donde se harán las energizaciones de los


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transformadores, básicamente en las subestaciones Marcona y Montalvo 2 en los niveles de tensión de 500 kV y 220 kV, con el fin de explorar la ocurrencia de polos a los armónicos característicos de orden 3, 5, 7 y 11 y posteriormente en tales casos evaluar la interacción de la red con las corrientes de inrush de los transformadores durante la energización y la posibilidad de aparición de sobretensiones. 3.8

Energización de Transformadores

Los transformadores tendrán interruptores con mando sincronizado tanto en el lado de 500 kV como en 220 kV; sin embargo se hace una exploración estadística de las corrientes de inrush y de las sobretensiones al energizar los transformadores de Marcona y Montalvo 2 desde el nivele de 500 kV. Los parámetros que influencian la corriente de Inrush son: la característica de saturación del transformador, la impedancia de cortocircuito del transformador, la impedancia equivalente del sistema y la dispersión al cierre de los polos del interruptor. La característica se saturación después del codo de saturación se modeló con una pendiente de 0,45 p.u. por recomendación práctica recibida de IREQ de Canadá en otros estudios. La impedancia armónica de la red se analizó con DIgSILENT en los nodos de Marcona y Montalvo 2 en los niveles de tensión de 500 kV y 220 kV. Para considerar la dispersión entre polos del interruptor se hicieron energizaciones estadísticas con 200 maniobras en cada caso. 4.

Información del Sistema

Se describe en el presente numeral la información empleada en la realización de este estudio. En la Figura 1 se presenta el diagrama general en el que se representan las líneas de transmisión, la compensación con reactores de línea y de subestación, los reactores de neutro y la transformación objeto de análisis.


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Hacia Enersur Enersur 2 Enersur 3 Enersur TV Las Flores Planicie

Chilca Nueva Olleros 1 Olleros 2

Kallpa 1 Kallpa 2 Kallpa 3 Kallpa TV

Hacia San Juan

13 Ω 1700 A

600 MVA Chilca Nueva

Chilca REP

200 MVAr Hacia Zapallal

Fénix 1 Fénix 2

Fénix TV

Platanal 1 Platanal 2

356.2 km

200 MVAr Marcona Nueva 130 MVAr

450 MVA Marcona Nueva Hacia Ica

271 km 27 km 130 MVAr 45.85 Ω Ocoña Marcona 42.45 Ω 100 MVAr 130 MVAr 255.9 km Hacia Caravelí 130 MVAr Montalvo 2

Convenciones: Redes 500 kV

100 MVAr

750 MVA

Montalvo 2

Redes 220 kV Redes 138 kV 5 km

Redes 10 kV

Hacia Socabaya

Hacia Puno

Montalvo

300 MVA

300 MVA

Montalvo

Figura 1.

Diagrama general del proyecto línea Chilca Nueva – Montalvo 2 a 500 kV

El modelo representado en ATP incluye un equivalente de la zona costera del Perú en demanda mínima para el año 2013 y las nuevas líneas y subestaciones asociadas al proyecto. Para este modelo se han preparado los parámetros eléctricos de todos los componentes serie y en derivación de la red estudiada y de tiempos para el control de maniobras.


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En la Figura 2 se muestra la red básica representada para las simulaciones de transitorios. _

LN5001LN5002 LN5003 Zig_Zag Z

444_kV

Eq Zap5

Y

ChilcaNueva220 kV

SAT

V

MON2-MOM LCC

BCT Y

CH-PL EqMont2

Y

444_kV

5. km

Z

444_kV

V

V

Y SAT

I

V

MAR-N LCC

BCT Y

EqMarc2

Y

ChilcaREP220 kV

EqChilcN2

V

27. km

Z

Y

SAT

EqMont_2 5 V

OC-MON-4

OC-MON-3

OC-MON-2

OC-MON-1

MAR-OC-4

MAR-OC-3

MAR-OC-2

Ramortig

198_kV

MAR-OC-1

CH-MAR-4

CH-MAR-3

CH-MAR-2

CH-MAR-1

LCC

LCC

LCC

LCC

LCC

LCC

LCC

LCC

LCC

LCC

LCC

LCC

42.65km

85.3 km

85.3km

42.65 km

45.17km

90.33km

90.33 km

45.17km

59.37 km

118.7km

118.7km

59.37 km

Eq ChilcREP BCT Y

EqChilcN5

Ocoña500 kV

Montalvo2 500 kV

Figura 2.

Cap

Y

4Ohm

Chilca500 kV

Marcona Nueva 500 kV

Representación general del proyecto en ATP

4.1 Datos de las Líneas

Las líneas del proyecto Chilca Nueva – Montalvo 2 a 500 kV tienen diferentes configuraciones en las torres, en la Tabla 1 se presenta un resumen de las configuraciones utilizadas, la composición de los tramos y los parámetros eléctricos, de acuerdo con AP-01-0020-IT-120_1-4 “Estudios Eléctricos – Estudios de Estado Estacionario Parte 1 de 4”. Tabla 1.

Datos de las líneas a 500 kV

R0 X0 TIPO DE DISTANCIA CONDUCTOR [km] [Ohm/Km] [Ohm/Km]

B0 [µЅ /Km]

R1 X1 [Ohm/Km] [Ohm/Km]

B1 [µЅ /Km]

LINEA

TRAMO

TIPO DE TORRE

CHILCA-MARCONA

1 2

Suspención V Tower

750 MCM 750 MCM

100 256

0.458 0.454

1.265 1.254

3.292 3.365

0.022 0.022

0.378 0.386

4.446 4.390

MARCONA-OCOÑA

1 2 3 4

Suspención Cross Rope V Tower Suspención

750 MCM 700 MCM 750 MCM 700 MCM

80 56 100 35

0.458 0.442 0.455 0.459

1.264 1.349 1.254 1.265

3.296 2.925 3.365 3.291

0.022 0.024 0.022 0.023

0.377 0.350 0.386 0.378

4.454 4.724 4.390 4.445

OCOÑA-MONTALVO

1 2 3 4

Suspención Cross Rope V Tower Suspención

750 MCM 700 MCM 750 MCM 700 MCM

25 116 95 20

0.458 0.442 0.455 0.459

1.265 1.349 1.254 1.265

3.296 2.925 3.365 3.291

0.022 0.024 0.022 0.023

0.377 0.350 0.386 0.378

4.454 4.724 4.390 4.445

4.2 Transformadores

En cada una de las subestaciones Chimbote y Trujillo se instalará un banco de autotransformadores. En la Tabla 2 y Tabla 3 se presentan los parámetros básicos del autotransformador de potencia a energizar. Tabla 2.

Parámetros básicos de la transformación

Parámetro\ Parámetro \Subestación \\Subestación Tensión, kV Capacidad, MVA Conexión


Marcona

Montalvo 2

500/220/33

500/220/33

450

750

Yyd11

Yyd11

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Tabla 3.

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A

Impedancias de los transformadores modelados Marcona (450 MVA) Base Impedan Impedancia cia

Montalvo 2 (750 MVA) MVA) Base Impedancia Impedancia

MVA

Z, %

MVA

Z, %

H-L

450

11.46

750

21.25

H-T

150

13.74

250

15.83

L-T

150

8.82

250

8.33

Devanado s

En Tabla 4 y en la Figura 3 se presentan los puntos de la curva de saturación corrienteflujo de los transformadores. Tabla 4.

Saturación de transformador transformadores es, es , tensión - corriente

Flujo [Wb [Wb--t]

Marcona (450 MVA)

Montalvo 2 (750 MVA)

I [A [A]

I [p.u]

0 974.64 1082.93 1191.22 1624.40

Figura 3.

0 0.828 2.940 12.948 930.234

0 1.380 4.901 4.901 21.581 1550.392

Saturación de los transformadores corriente--tensión transformadores, es, corriente

La proyección de la curva para la región saturada se hizo con una pendiente típica de 0.45 p.u., dado que las pruebas en fábrica normalmente se realizan con tensión hasta 1.1 p.u.


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A

Utilizando la rutina SATURATION del ATP, se obtienen los puntos de la curva de saturación corriente-flujo de los transformadores reflejada en 500 kV, la cual se presenta en la Tabla 5. Tabla 5.

Saturación de los transformadores transformadores, corriente-flujo es , corriente450 MVA

750 MVA

Corriente [A]

Corriente [A]

Flujo [V·s] 0.00

0.00

0.00

974.64

0.83

1.38

1082.93

2.94

4.90

1191.22

12.95

21.58

1624.40

930.23

1550.39

4.3 Reactores de Línea

Los reactores de línea son bancos de unidades monofásicas y tienen las siguientes características básicas garantizadas: A) Línea Chilca – Marcona: Tensión nominal a) Alta tensión, kV b) Conexión de neutro, kV Potencia, Mvar Pérdidas a 75°C, kW/fase Tensión más alta del material

500/√3 54 200 (3×66.66) 82 550/√3

B) Línea Marcona – Ocoña: Tensión nominal a) Alta tensión, kV b) Conexión de neutro, kV Potencia, Mvar Pérdidas a 75°C, kW/fase Tensión más alta del material

500/√3 54 130 (3×43.33) 82 550/√3

A) Línea Ocoña – Montalvo: Tensión nominal a) Alta tensión, kV b) Conexión de neutro, kV Potencia, Mvar Pérdidas a 75°C, kW/fase


500/√3 54 130 (3×43.33) 82

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Tensión más alta del material

A

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550/√3

4.4 Reactores de Neutro

Los reactores de neutro tienen los siguientes valores para conseguir sintonía: Línea Chilca – Marcona: Sintonía de los reactores de neutro, Ohm

130

Línea Marcona – Ocoña: Sintonía del reactor de neutro, Ohm

307

Línea Ocoña – Montalvo: Sintonía del reactor de neutro, Ohm

321

4.5 Descargadores de Sobretensiones

Los descargadores de ZnO se representan con el modelo Piecewise-Linear Resistance Tipo 92 de ATP. Las características de protección a sobretensiones de maniobra de los descargadores del proyecto para los niveles de tensión máxima de los sistemas a 550 kV, 245 kV, 54 kV y 48 kV se muestran en la Tabla 6 e ilustran en la Figura 4. Tabla 6.

Características de los descargadores de sobretensión

Características generales de los descargadores descargadores de de ZnO Características generales Descripción Descripción

Unidad

SB444 SB444

SB198 SB198

54

SB48 SB48

Tensión máxima del sistema

kV

550

245

72.5

36

Tensión nominal (Ur)

kV

444

198

54

48

Tensión continua de operación (Uc)

kV.

355

158

43

38.4

Corriente nominal de descarga (In)

kA.

20

20

10

10

Clase

5

4

3

3

kJ/kV, Ur

13

10

10

10

kJ

5772

2020

135

321

Clase de descarga de línea Capacidad energía

de

disipación

de

Capacidad energía

de

disipación

de

Características de protección a maniobra SB444

SB198

54

SB48

Corriente (30/70 (30/70 s)

444 kV

198 kV

54 kV

48 kV

Switching surges, A

kVpico

kVpico

kVpico

kVpico

0.001

814

378

108

91.6

250

835

385

110

92.2

500

856

392

112

95.0

Proyectado


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A

Características de protección a maniobra SB444

SB198

54

SB48

Corriente (30/70 (30/70 s)

444 kV

198 kV

54 kV

48 kV

Switching surges, A

kVpico

kVpico

kVpico

kVpico

1000

872

404

116

97.9

2000

909

-

-

-

Figura 4.

Característica de protección de ZnO

4.6 Interruptores

Los interruptores en los niveles de tensión a 500 kV y de 220 kV tienen una dispersión entre polos máxima de 5 ms. Los interruptores se representan con contactos ideales de cierre estadísticos, con distribuciones de cierre normales (Gaussiana) para energización, considerando la dispersión entre polos, y distribución uniforme para recierre monofásico, considerando medio ciclo de la onda de tensión. 4.7 Fuentes Equivalentes

Se consideraron impedancias equivalentes de Thevenin en el año de entrada del proyecto (2013) en demanda mínima en los siguientes nodos con los correspondientes valores de secuencia cero y positiva (Tabla 7):


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TS

AP-01-0020-IT-121 Tabla 7.

NODO Chilca Nueva 500 kV Montalvo 2 500 kV Chilca REP 220 kV Marcona 220 kV Montalvo 2 220 kV

5.

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Rev.:

Fuentes equivalentes

R0 [ohm] 0.29 1364.74 0.83 2.46 1.30

X0 [ohm] 36.92 1753.03 7.31 49.37 16.61

R1 [ohm] 0.34 19.13 0.53 10.25 2.12

X1 [ohm] 96.26 357.68 6.59 76.36 20.09

Resultados

5.1 Sobretensiones por Energización de Líneas

Los siguientes son los resultados de las sobretensiones por maniobra de energización. Se presentan resultados estadísticos de sobretensiones fase – tierra (Tabla 8) y fase-fase (Tabla 9) para 200 maniobras analizadas. Tabla 8.

Sobretensiones fase - tierra por energización de líneas Fase A

CASO ATP

ENERGIZACIÓN DE LÍNEA

TENSIÓN kV

TENSIÓN EN S/E

1 2 3 4 5 6

Chilca - Mar co na Marcona - Chilca Marcona - Ocoña Ocoña - Marcona Montalvo - Ocoña Ocoña - Montalvo

50 0 500 500 500 500 500

Marc ona Chilca Ocoña Marcona Ocoña Montalvo

Vmedia p.u.

δ

Fase C

Resumen Estadístico

S.T. Estadística (98%) p.u.

Vmedia p.u.

δ


Vmedia p.u.

δ


Vmedia p.u.

δ


2.1386 1.6783 2.0197 1.5654 1.5457 2.0183

1.9113 1.4643 1.7435 1.3755 1.3415 1.7333

0.1419 0.1104 0.1547 0.0730 0.0946 0.1444

2.2037 1.6916 2.0622 1.5258 1.5364 2.0307

1.8613 1.4940 1.7093 1.4455 1.3923 1.7298

0.1527 0.0888 0.1465 0.0785 0.0764 0.1642

2.1758 1.6768 2.0111 1.6072 1.5497 2.0681

1.9923 1.5973 1.8698 1.5063 1.4370 1.8968

0.0436 0.0456 0.0877 0.0402 0.0443 0.0517

2.0820 1.6912 2.0505 1.5891 1.5283 2.0034

1 .7980 0.1653 1.4843 0.0942 1.6875 0.1612 1.4178 0.0717 1.3763 0.0823 1.7010 0.1540

Tabla 9.

Fase B

Sobretensiones fase - fase por energización de líneas Fases A - B

Fases B - C

CASO ATP

ENERGIZACIÓN DE LÍNEA

TENSIÓN kV

TENSIÓN EN

Vmedia p.u.

δ


Vmedia p.u.

δ


1 2 3 4 5 6

Chilca - Marcona Marcona - Chilca Marcona - Ocoña Ocoña - Marcona Montalvo - Ocoña Ocoña - Montalvo

500 500 500 500 500 500

Marcona Chilca Ocoña Marcona Ocoña Montalvo

1.8258 1.4658 1.7203 1.4000 1.3540 1.6863

0.1464 0.0984 0.1834 0.0732 0.0823 0.1471

2.1272 1.6684 2.0980 1.5507 1.5235 1.9893

1.8598 1.4683 1.7313 1.3980 1.3518 1.7103

0.1357 0.1068 0.1593 0.0745 0.0813 0.1501

2.1393 1.6882 2.0594 1.5514 1.5192 2.0195

Fases C - A Vmedia p.u.

δ

1.7713 0.1444 1.4825 0.0955 1.7043 0.1 762 1.4258 0.0681 1.3750 0.0836 1.6863 0.1664

S.T. Estadística (98%) p.u. 2.0687 1.6792 2.0673 1.5660 1.5472 2.0289

En la todos los casos de energización de líneas la disipación de energía en descargadores de sobretensión está entre 0 y 5% de su capacidad, lo cual indica que muy posiblemente corresponde solamente a su disipación por pérdidas de fuga y no a la actuación de los descargadores. En la energización de la línea Chilca – Marcona a 500 kV se obtuvieron las mayores sobretensiones estadísticas con 2.138 p.u. (Tensión fase A y tierra) y 2.1272 p.u. (Tensión entre las fases A y B). El resultado es admisible y no presenta ningún riesgo. 5.2 Sobretensiones por Recierre Monopolar de Lí L íneas íneas

Se verificó el tiempo de duración de un ciclo de carga atrapada en cada una de las líneas a 500 kV del proyecto antes del recierre monofásico el cual es del orden de los 21 ms para los dos circuitos.


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Los siguientes son los resultados de las sobretensiones por maniobra de recierre monopolar. Se presentan resultados estadísticos de sobretensiones fase – tierra (Tabla 10) y fase-fase (Tabla 11) para 200 maniobras analizadas. Tabla 10. 10. Sobretensiones fase - tierra por recierre monopolar Fase A CASO ATP

RECIERRE MONOFÁSICO

1 2 3 4 5 6

C hi lca - Ma rcon a Marcona - Chilca Marc ona - Oc oña Ocoña - Marc ona Montalvo - Ocoña Oc oña - Montalvo

TENSIÓN TENSIÓN EN kV S/E 500 500 500 500 500 500

M ar cona Chilca Ocoña Marcona Ocoña Montal vo

Vmedia p.u. 1 .827 3 1.5898 1.5978 1.3725 1.4615 1.7310

δ

0. 172 4 0.0775 0.1636 0.0537 0.1143 0.1187

Fase B


Vmedia p.u. 1.1538 1.0693 1.0915 1.0645 1.0750 1.0635

δ

0.0651 0. 0182 0. 0236 0. 0233 0. 0000 0. 0412

Fase C


Vmedia p.u. 1.1020 1.0868 1.1008 1.0498 1.0858 1.0795

δ

0.0668 0.0504 0.0407 0.0391 0.0218 0.0438

Resumen Estadístico


Vmedia p.u. 1.82 73 1.5898 1.5978 1.3725 1.4615 1.7310

δ

0 .1 724 0.0775 0.1636 0.0537 0.1143 0.1187

S.T. Estadística (98%) p.u. 2.18 24 1.7493 1.9347 1.4831 1.6969 1.9755

Energía en descargadores de sobretensión kJ E ntr e 0 y 5% Entre 0 y 5% Entre 0 y 5% Entre 0 y 5% Entre 0 y 5% Entre 0 y 5%

Tabla 11. 11. Sobretensiones fase - fase por recierre monopolar Fases A - B

Fases B - C

CASO ATP

RECIERRE MONOFÁSICO

TENSIÓN kV

TENSIÓN EN

Vmedia p.u.

δ


1 2 3 4 5 6

Chilca - Marcona Marcona - Chilca Marcona - Ocoña Ocoña - Marcona Montalvo - Ocoña Ocoña - Montalvo

500 500 500 500 500 500

Marcona Chilca Ocoña Marcona Ocoña Montalvo

1.4665 1.2775 1.4055 1.1605 1.1895 1.4345

0 .1640 0.0394 0.0716 0.0335 0.0924 0.1154

1.8043 1.3586 1.5529 1.2295 1.3798 1.6723

Vmedia p.u.

δ

1.033 3 0.0 186 1.0335 0.0188 1.0583 0.0237 1.0250 0.0000 1.0268 0.0092 1.0323 0.0176

Fases C - A

S.T. Estadística (98%) p.u. 1.0 716 1.0723 1.1070 1.0250 1.0457 1.0686

Vmedia p.u.

δ

1 .48 30 0.2 196 1.3600 0.0793 1 .34 43 0. 06 41 1.2363 0.0539 1.3188 0.1139 1.3623 0.0807

S.T. Estadística (98%) p.u. 1.9354 1.5233 1. 47 64 1.3472 1.5533 1.5284

La disipación de energía en descargadores de sobretensión está entre 0 y 5% de su capacidad. El resultado es admisible y no presenta ningún riesgo para el descargador. La mayor sobretensión se presenta en la línea Chilca – Marcona a 500 kV en la fase con recierre (Fase A) con 2.182 p.u. En cuanto a las tensiones fase – fase la mayor de todas también se presentó en esta línea con 1.804 p.u. (Tensiones fase A y B) 5.3 Solicitaciones T Té érmicas y Diná Din ámicas en los Descargadores de Neutro

En estas simulaciones de 200 casos de falla monofásica con recierre monofásico estadístico se determinan los valores máximos de corriente por los reactores de neutro y la máxima energía a disipar sus descargadores de sobretensión. Los resultados de los casos simulados son los siguientes:


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A

Tabla 12. de nneut neutro 12. Solicitaciones térmicas y dinámicas en los descargadores de eutro ro Caso Caso

Falla Monofásica con Recierre Corriente Monofásico Monofásico Apico

Energía en Descargadores Julios

Chilca – Marcona 500 kV – Reactor de neutro 130 Ohm 1

Falla monof. en Marcona. Recierre estadístico en Chilca.

605

6.14

2

Falla monof. en Chilca. Recierre estadístico Marcona.

715

4.82

Marcona - Ocoña 500 kV - Reactor de neutro 307 Ohm 3

Falla monof. en Ocoña. Recierre estadístico en Marcona

430

14.9

4

Falla monof. en Marcona. Recierre estadístico en Ocoña.

348

10.2

Ocoña - Montalvo 500 kV - Reactor de neutro 321 Ohm 5

Falla monof. en Montalvo. Recierre estadístico en Ocoña.

272

10

6

Falla monof. en Ocoña. Recierre estadístico en Montalvo.

422

14.02

En la línea Chilca – Marcona, el mayor pico de corriente se presenta en el reactor de neutro de Marcona con 715 Apico. En esta línea se seleccionó el reactor de neutro con mayor solicitación de corriente, dado que ambos reactores de neutro son de igual impedancia. En la línea Marcona – Ocoña, el mayor pico de corriente que se obtuvo en el reactor de neutro con 430 Apico. En la línea Ocoña – Montalvo, el mayor pico de corriente que se obtuvo en el reactor de neutro con 422 Apico. En ninguno de los casos simulados es relevante la disipación de energía en los descargadores de neutro. A continuación se muestran gráficamente los resultados de los casos de mayor corriente y energía disipada en los descargadores de los reactores de neutro:


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TS

Figura 5.


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A

Caso 1. Falla monofásica en Marcona, recierre recierre estadístico en Chilca. Corriente por el reactor de neutro de Marcona.

Figura 6.

Caso 1. Falla Falla monofásica en Marcona, recierre recierre estadístico en Chilca. Energía disipada por los descargadores.


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TS


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Rev.:

A

Figura 7.

Caso 2. Falla monofásica en Chilca, recierre estadístico estadísti co Marcona. Corriente por el reactor de neutro de Chilca.

Figura 8.

Caso 2. Falla monofásica en Chilca, recierre recierre estadístico Marcona. Energía Energía disipada por los descargadores.


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TS

Figura 9.


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Rev.:

A

Caso3. Falla monofásica monofásica en Ocoña, recierre estadístico en Marcona. Corriente por el reactor de neutro de Ocoña.

Figura 10. Energía 10. Caso3. Falla monofásica en Ocoña, recierre estadístico en Marcona. Energía disipada por los descargadores.


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TS


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Rev.:

A

Figura 11. recierre estadístico en en Ocoña. Corriente Corriente 11. Caso 4. Falla monofásica en Marcona, recierre por el reactor de neutro de Marcona.

Figura 12. en Ocoña. Energía 12. Caso 4. Falla monofásica en Marcona, recierre estadístico en disipada disipada por los descargadores.


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Rev.:

A

Figura 13. 13. Caso 5. Falla monofásica en Montalvo, recierre estadístico en Ocoña. Corriente por el reactor de neutro de Montalvo.

Figura 14. 14. Caso 5. Falla monofásica en Montalvo, recierre estadístico en Ocoña. Energía disipada por los descargadores.


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TS


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Rev.:

A

Figura 15. 15. Caso 6. Falla monofásica en Ocoña, recierre estadístico en Montalvo. Corriente por el reactor de neutro de Montalvo.

Figura 16. 16. Caso 6. Falla monofásica en Ocoña, recierre estadístico en Montalvo. Energía disipada por los descargadores.


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A

5.4 Verificación de la Extinci Extinció ón n del Arco Secundario ó

Para verificación de la extinción del arco secundario y viabilidad de recierre monofásico, se evalúa la corriente de arco secundario la cual se inicia con la apertura de interruptores de la fase fallada y es inducida por la tensión de las fases sanas, igualmente se evalúa la tensión transitoria de recuperación del arco la cual aparece luego de la extinción del arco secundario. Estas evaluaciones se realizan para fallas en los extremos y en puntos intermedios de la línea de transmisión (1/6, 1/2 y 5/6 de su longitud) en cada una de las tres fases. Para verificar la extinción del arco secundario del circuito a 500 kV se utiliza el criterio dado por la curva experimental CESI; este criterio determina la zona de extinción del arco, limitada por la corriente r.m.s. de arco secundario posterior a la apertura de interruptores de la fase fallada y por la tensión (kVp) del primer pico de la TTR (Tensión transitoria de recuperación) del arco extinguido. El COES ha planteado verificar el cumplimiento de los siguientes s iguientes indicadores: •

Último pico de la corriente de arco secundario: 40 Apico

•

Primer pico de la tensión de restablecimiento: 80 kV

•

Tasa de crecimiento crecimiento de la tensión soportada (RRRV): 8 kV/ms

Estos indicadores son más restrictivos si se comparan con los límites dados por la curva experimental del CESI como se observa en la Figura 17. Cadena de aisladores de 500 kV 200 o c i p V k , n ó i c a r e p u c e r e d n ó i s n e t a l e d o c i p r e m i r P

180

Experimental - CESI

160 140

Zona de extinción

120 100 80 60

Indicadores propuestos por COES

40 20 0 0

10 20 30 40 50 Corriente de arco secundario, A 14,14

28,28

42,42

56,56

70,71

60 84,85 84,85

Corriente de arco secundario, Apico

Figura 17. 17. Límites de la zona de extinción del arco secundario

El procedimiento realizado fue efectuando una falla monofásica en la línea a analizar (la falla fue ejecutada en los instantes en que la onda de tensión de la fase a fallar estaba próxima a cero y en el punto de tensión máxima), con apertura posterior en ambos extremos de la fase en falla (129 ms y 162 ms después de iniciada la simulación), con el fin de observar las corrientes de arco primario y secundario. Posteriormente, a partir de


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t = 800 ms se efectuó la apertura de la falla para observar si se realiza la extinción del arco secundario en un tiempo inferior al tiempo muerto. Se analizaron fallas monofásicas representando la falla con una resistencia constante de 5 Ohm. Para líneas compensadas, la impedancia equivalente en el punto de falla es grande y la resistencia de falla tiene menos influencia en la corriente de arco secundario 1. Se hizo una sensibilidad a la variación del instante de falla. Las corrientes de fallas que ocurren en el instante en que la onda de tensión de la fase a fallar está próxima a cero puede tener alto nivel de componente directa, lo cual puede dificultar la extinción del arco secundario, con tal fin se hicieron fallas en diferentes puntos o instantes de la onda de tensión (máximo y 0). En la Figura 18, Figura 19 y Figura 20, se muestra un ejemplo de los resultados de corriente del arco secundario de las líneas Chilca-Marcona, Marcona-Ocoña y OcoñaMontalvo a 500 kV para las tres fases, con falla aplicada en el punto máximo y mínimo de la onda de tensión, en diferentes sitios de la línea correspondientes a los extremos y tres puntos intermedios. Los resultados de todos los casos simulados se presentan en la Tabla 13, Tabla 14, Tabla 15. Línea Chilca - Marcona a 500 kV. Comparación con el punto de la onda de tensión en que se aplica la falla: Falla monofásica en Chilca

1

Effects of grounding resistance on secondary arc current in EHV transmission lines. Han Yanhua, Li HU, Deng Qiuquan, Shi Wei, Xi´an Jiaotong University, China.


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Línea Chilca - Marcona a 500 kV. Comparación con el punto de la onda de tensión en que se aplica la falla: Falla monofásica a 1/6 de Chilca:

Falla monofásica a ½ de Chilca:

Falla monofásica a 5/6 de Chilca:

Falla monofásica en Marcona:


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Línea Chilca - Marcona a 500 kV. Comparación con el punto de la onda de tensión en que se aplica la falla:

Figura 18. línea ChilcaChilca-Marcona a 500 kV 18. Arco secundario, Fases A, B y C línea Chilca

Línea Marcona - Ocoña a 500 kV Comparación con el punto de la onda de tensión en que se aplica la falla: Falla monofásica en Marcona:

Falla monofásica a 1/6 de Marcona:


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Línea Marcona - Ocoña a 500 kV Comparación con el punto de la onda de tensión en que se aplica la falla: Falla monofásica a 1/2 de Marcona:

Falla monofásica a 5/6 de Marcona:

Falla monofásica en Ocoña:

Figura 19. 19. Arco secundario, Fase A, B y C línea Marcona - Ocoña a 500 kV


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Línea Ocoña - Montalvo 2 a 500 kV Comparación con el punto de la onda de tensión en que se aplica la falla: Falla monofásica en Ocoña:

Falla monofásica a 1/6 de Ocoña:

Falla monofásica a 1/2 de Ocoña:


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Línea Ocoña - Montalvo 2 a 500 kV Comparación con el punto de la onda de tensión en que se aplica la falla: Falla monofásica a 5/6 de Ocoña:

Falla monofásica en Montalvo 2:

Figura 20. 20. Arco secundario. Fase A, B y C línea Ocoña - Montalvo 2 a 500 kV

Los resultados obtenidos de arco secundario en las líneas a 500 kV se confrontan con la zona experimental del CESI para una cadena de aisladores en un sistema a 500 kV y con los indicadores propuestos por el COES. Se muestran en la Figura 21 los resultados correspondientes a la línea Chilca-Marcona 500 kV, en los cuales se observa que todos los resultados de corriente de arco secundario y tensión de recuperación quedan dentro de ambas zonas o indicadores.


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Figura 21. secundario en en la línea Chilca 21. Resultados del arco secundario Chilca - Marcona a 500 kV

Los resultados para la línea Marcona-Ocoña se presentan en la Figura 22. En la Figura 22 se puede apreciar que la probabilidad de extinción del arco secundario en la línea Marcona-Ocoña es baja según los indicadores propuestos por el COES, pero la probabilidad de extinción según los parámetros establecidos por el CESI abarcan la mayoría de los casos de estudio.

Figura 22. Resultados ultados del arco secundario en la línea Marcona22. Res Marcona-Ocoña a 500 kV


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Los resultados para la línea Ocoña-Montalvo 2 se presentan en la Figura 23.

Figura 23. en la línea Ocoña Ocoña--Montalvo 2 a 500 kV 23. Resultados del arco secundario en


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Tabla 13. Chilca--Marcona. 13. Resultados Arco Secundario Línea Chilca Ptos. Onda FASES I. arco (RMS) Vr (kVpico) dv/dt (kV/ms) Tiempo Ext. (s) A 14,5 8,82 2,51 0,64 Chilca-Marcona En Chilca.

0�

0 Km 90°

Chilca-Marcona 1/6 de la línea

0�

59,37 Km 90°


0�

178,10 Km 90°


0�

296,83 Km 90°

Chilca-Marcona En Marcona.

0�

356,20 Km 90°

B

14,82

8,28

3,03

0,65

C

15,42

8,34

1,74

0,64

A

13,26

8,4

1,41

0,64

B

13,79

8,24

1,5

0,65

C

13,63

7,76

1,46

0,64

A

11,81

8,83

2,65

0,64

B

12,04

9,11

2,52

0,64

C

11,6

8,9

1,97

0,65

A

11,67

8,91

2,05

0,64

B

12,07

9,13

1,79

0,65

C

11,52

8,76

1,94

0,64

A

15,37

9,65

2,36

0,64

B

12,34

9,27

2,01

0,65

C

14,11

8,84

1,73

0,64

A

11,66

9,16

2,17

0,64

B

11,83

9,21

2,25

0,65

C

11,44

8,94

2,12

0,64

A

17,43

11,98

3,31

0,64

B

13,7

9,69

3,38

0,65

C

15,94

8,84

4,43

0,64

A

10,2

8,76

2,06

0,64

B

10,12

8,18

2,65

0,65

C

10,14

8,12

1,95

0,64

A

21,08

13,1

4,43

0,64

B

17,7

17,63

13,72

0,64

C

18,71

23,22

10,52

0,64

A

11,93

8,76

1,27

0,64

B

12,77

8,71

1,57

0,64

C

12,53

7,96

1,54

0,64


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Tabla 14. 14. Resultados Arco Secundario Línea MarconaMarcona-Ocoña. Ptos. Onda FASES I. arco (RMS) Vr (kVpico) dv/dt (kV/ms) Tiempo Ext. (s) A 105,62 40,99 29,00 0,64 Marcona-Ocoña En Marcona

0�

0 Km 90°

Marcona-Ocoña 1/6 de la línea

0�

45,17 Km 90°


0�

135,50 Km 90°


0�

225,83 Km 90°

Marcona-Ocoña En Ocoña

0�

271,0 Km 90°

B

96,71

37,93

25,38

0,64

C

104,92

16,76

20,41

0,64

A

15,45

12,02

2,10

0,64

B

16,23

11,79

2,44

0,64

C

15,42

12,84

2,18

0,64

A

42,40

14,08

3,71

0,64

B

37,26

16,67

14,81

0,64

C

46,68

10,12

14,68

0,64

A

14,31

13,18

2,31

0,64

B

15,58

12,26

2,45

0,64

C

13,98

13,59

2,38

0,64

A

31,81

16,71

3,56

0,64

B

24,31

10,96

1,82

0,64

C

28,22

20,03

4,21

0,64

A

18,33

14,07

2,68

0,64

B

17,66

12,09

2,31

0,64

C

16,48

15,21

2,66

0,64

A

34,75

15,18

4,96

0,64

B

27,90

9,69

2,72

0,64

C

33,65

21,32

3,74

0,64

A

29,54

12,83

3,26

0,64

B

27,20

10,56

2,22

0,64

C

27,81

20,08

4,38

0,64

A

49,68

12,06

3,30

0,64

B

45,16

39,12

7,70

0,64

C

50,33

29,28

4,22

0,64

A

45,14

9,61

2,21

0,64

B

42,99

6,13

1,66

0,64

C

44,45

27,43

5,17

0,64


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Ptos. Onda FASES I. arco (RMS) Vr (kVpico) dv/dt (kV/ms) Tiempo Ext. (s) A 41,76 37,13 7,46 0,64 Ocoña-Montalvo En Ocoña

0�

0 Km 90°

Ocoña-Montalvo 1/6 de la línea

0�

42,65 Km 90°


0�

127,95 Km 90°


0�

213,25 Km 90°

Ocoña-Montalvo En Montalvo

0�

255,9 Km 90°

B

36,47

31,51

4,87

0,64

C

42,03

30,79

5,74

0,64

A

41,55

37,23

6,70

0,64

B

39,27

32,19

6,12

0,64

C

39,64

30,53

5,85

0,64

A

30,27

9,19

1,73

0,64

B

27,22

7,06

1,27

0,64

C

27,17

21,31

5,20

0,64

A

29,55

9,49

2,05

0,64

B

27,79

6,87

1,28

0,64

C

27,39

22,25

5,30

0,64

A

17,10

13,88

3,68

0,64

B

17,67

12,15

2,81

0,64

C

15,80

15,59

3,74

0,64

A

16,73

13,85

3,28

0,64

B

17,47

12,38

2,86

0,64

C

16,18

16,01

3,79

0,64

A

17,11

14,08

3,95

0,64

B

15,41

13,79

2,94

0,64

C

15,54

14,06

2,70

0,64

A

16,60

14,01

3,77

0,64

B

14,94

13,80

3,17

0,64

C

14,35

14,01

3,24

0,64

A

16,15

13,40

3,71

0,64

B

14,54

14,78

3,32

0,64

C

14,18

13,74

2,94

0,64

A

15,41

14,30

3,78

0,64

B

14,01

13,89

3,34

0,64

C

13,05

12,95

2,64

0,64

Tabla 15. Ocoña--Montalvo. 15. Resultados Arco Secundario Línea Ocoña


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Algunos casos presentan corrientes de arco secundario muy elevadas o mayor pendiente de la tensión de recuperación propuesta por el COES, por lo que estos no se representan en las figuras anteriores, sin embargo, se contabilizan para el cálculo de la probabilidad de extinción del arco secundario. En la Tabla 16 se aprecia la probabilidad de extinción del arco secundario en las líneas de estudio, acorde a los parámetros e indicadores propuestos por el CESI y el COES. Tabla 16. 16. Probabilidades de extinción del arco secundario. Tiempo muerto 638 ms. Tiempo muerto 638 ms. LÍNEA

EXTINCIÓN CESI

COES

Línea Chilca-Marcona 500 kV

100%

93%

Línea Marcona-Ocoña 500 kV

87%

47%

Línea Ocoña-Montalvo 500 kV

100%

73%

Debido a que la probabilidad de extinción del arco secundario es demasiado baja en la línea Marcona-Ocoña 500 kV (menor al 50%), se decidió adoptar un tiempo muerto superior al establecido, obteniendo los siguientes resultados:

Figura 24. 24. Resultados del arco secundario en la la línea MarconaMarcona-Ocoña a 500 kV. Tiempo muerto 780 ms. ms.


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Figura 25. 25. Resultados del arco secundario en la la línea OcoñaOcoña-Montalvo a 500 kV. Tiempo Tiempo muerto 780 780 ms. Tabla 17. arco o secundario. Tiempo muerto 780 ms. 17. Probabilidades de extinción del arc ms . Tiempo muerto 780 ms. LÍNEA

EXTINCIÓN CESI

COES

Línea Chilca-Marcona 500 kV

100%

97%

Línea Marcona-Ocoña 500 kV

90%

60%

Línea Ocoña-Montalvo 500 kV

100%

90%

Al aumentar el tiempo muerto se garantiza que la posibilidad de reencendido del arco sea aún menor y habilitar el recierre monofásico. 5.5 Tensió Tensión Transitoria de Recuperación

En la Figura 26 se presentan las curvas normalizadas de TRV correspondientes a los interruptores según la norma IEC 62271-100 para los niveles de tensión de 245 kV y 550 kV, de acuerdo al tipo de falla (terminal, kilométrica, o en oposición de fases).


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TRV Normalizado - Interruptores - 245 kV 500 450

66, 459

400

390, 390

80, 400

350

392, 364

o c 300 i p V k , n 250 ó i s n e 200 T

300, 280 98, 195 65, 195

150

75, 150

100 50 0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Tiempo, µ s T10

T30

T60

Terminal 245 kV

kilométrica 245 kV

TRV Normalizado - Interruptores - 550 kV 1200 876-1752, 1123

1000

147, 1031 876, 876

180, 899 800 o c i p V k , n ó i s n e T

876, 817 438, 674

600

672, 629 146, 438 219, 438

400

168, 337 200

0

0, 0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Tiempo, µ s T10

T30

T60

Terminal 550 kV

kilométrica 550 kV

En oposición de fases

Figura 26. 26. TRV Normalizado en interruptores a 245 kV y 550 kV

Los valores de T10, T30 y T60 son para fallas terminales con máximo 10%, 30% y 60% respectivamente de la capacidad de cortocircuito del interruptor y los valores de Terminal son para el 100%. El TRV normalizado para 550 kV en oposición de fases, muestra que el valor pico tiene un rango de valores de tiempo (876-1752 s), con los límites inferior y superior respectivamente.


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De la Figura 27 a la Figura 38 se presentan los resultados obtenidos de TRV para los interruptores de las líneas con fallas terminales y kilométricas.

Figura 27. Chilca a Marcona Marcona 500 kV 27. TRV Falla Terminal: Chilca

Figura 28. Marcona 500 kV 28. TRV Falla Kilométrica: Chilca a Marcona


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Figura 29. Terminal: rminal: Marcona a Chilca 500 kV 29. TRV Falla Te

Figura 30. 30. TRV Falla Kilométrica: Marcona aa Chilca 500 kV


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Figura 31. 31. TRV Falla Terminal: Marcona a Ocoña 500 kV

Figura 32. Kilométrica: trica: Marcona a Ocoña 500 kV 32. TRV Falla Kilomé


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Figura 33. 33. TRV Falla Terminal: Ocoña a Marcona 500 kV

Figura 34. 34. TRV Falla Kilométrica: Ocoña a Marcona 500 kV


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Figura 35. 35. TRV Falla Terminal: Ocoña a Montalvo 500 kV

Figura 36. 36. TRV Falla Kilométrica: Ocoña a Montalvo 500 kV


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Figura 37. 37. TRV Falla Terminal: Montalvo a Ocoña 500 kV

Figura 38. Montalvo ontalvo a Ocoña 500 kV 38. TRV Falla Kilométrica: M

Las figuras presentadas anteriormente, muestran que las TRV obtenidas de las simulaciones, se encuentran en su mayoría dentro de los límites o zona permitida de las curvas estándar de la norma IEC 62271-100 establecidas para los interruptores a 500 kV para fallas terminales y kilométricas, con inconvenientes leves en las fallas simuladas cerca a la subestación de Ocoña la cual cuenta con compensación serie en ambas salidas


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de línea, hacia Marcona y Montalvo 2 500 kV. Para las fallas terminales se realizaron fallas trifásicas y para las fallas kilométricas se realizaron fallas monofásicas de acuerdo a lo establecido en la norma mencionada. De la Figura 39 a la Figura 44 se muestran los resultados del TRV obtenido en la condición de oposición de fases.

Figura 39. 39. TRV en oposición de fases – Chilca a Marcona 500 kV


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Figura 40. 40. TRV en oposición de fases – Marcona a Chilca 500 kV

Figura 41. 41. TRV en oposición de fases – Marcona a Ocoña 500 kV


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Figura 42. 42. TRV en oposición de fases – Ocoña a Marcona 500 kV

Figura 43. 43. TRV en oposición oposición de fases – Ocoña a Montalvo 500 kV


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Figura 44. 44. TRV en oposición de fases –Montalvo a Ocoña 500 kV

La norma IEC 62271-100 establece que se puede superar la pendiente inicial del TRV con los límites dados para la condición en oposición de fases (1.539 kV/µs), si se cumple la característica de T30. Es de anotar que en todos los casos, la corriente de cortocircuito a interrumpir es inferior al 30% de la capacidad de los interruptores. Estos resultados muestran que las TRV se encuentran dentro de los límites o zona permitida de las curvas de la norma establecidas para los interruptores. 5.6 Solicitaciones Térmicas de los Descargadores

Se analizaron dos tipos de contingencias para obtener los máximos requerimientos de energía para los descargadores de extremo de la línea, así como también en los descargadores de neutro. Energización de línea con falla monofásica a tierra en un extremo lejano. Los siguientes son los resultados estadísticos para 200 simulaciones analizadas de la energía máxima disipada por los descargadores de sobretensión, ante maniobras de energización con presencia de falla monofásica en el extremo opuesto al de la energización.


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Tabla 18. de sobretensión 18. Energía máxima disipada por los descargadores de ��

��

��

��1 ��2 ��3 ��4 ��5 ��6

��

500 500 500 500 500 500

�� 1033,992 0,041 � � 0,039 0,054 � � � 0,522 342,561 � � 19,893 0,051 � � � 3,416 557,645 � � 0,054 0,037

�� 4,583 6,561 � � 0,017 0,004 � � � 20,650 22,966 � � 12,458 21,198 � � � 24,010 58,568 � � 14,653 12,342

A continuación se presentan gráficamente los resultados de las simulaciones donde se presentan las máximas disipaciones de energía, tanto en los descargadores de línea como de neutro.

Figura 45. 45. Disipación de energía máxima en descargadores de línea.


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Figura 46. 46. Disipación de energía máxima en descargadores de neutro.

Línea en carga, ocurrencia de falla monofásica a tierra en un extremo.

• • • •

Secuencia Inicio de la simulación Presencia de la falla en un extremo Apertura trifásica del interruptor Apertura definitiva de línea en el otro extremo

Tiempo, ms 0 50. 130. 350.

Estas maniobras fueron simuladas con el fin de verificar el dimensionamiento térmico de los descargadores. Los resultados se presentan a continuación: Tabla 19. de sobretensión 19. Energía máxima disipada por los descargadores de ��

��

��

��7 ��8 ��9 ��10 ��11 ��12

��

500 500 500 500 500 500

�� 0,079 0,067 � � 0,064 0,073 � � � 0,071 0,095 � � 0,086 0,077 � � � 0,079 0,088 � � 0,074 0,054


�� 0,006 0,002 � � 0,001 0,005 � � � 0,011 0,002 � � 0,007 0,013 � � � 0,031 0,077 � � 0,012 0,003

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A

Figura 47. de línea. 47. Disipación de energía máxima en descargadores de

Figura 48. Disipación ón de energía máxima en descargadores de línea. 48. Disipaci 5.7 Resonancias con Una o Dos Fases Abiertas

Las condiciones de resonancia con la compensación de las líneas del proyecto son las siguientes:


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Tabla 20. 20. Grado de compensación para ocurrencia ocurrencia de resonancia

El valor típico de k es de 0,6 a 0,7 y en consecuencia el grado de compensación con el cual se puede esperar resonancia en las líneas del proyecto es de 0,87 (típico 0,86 a 0,90). Los grados de compensación de las líneas del proyecto en condiciones normales o con diferentes reactores de línea en operación son los siguientes: Tabla 21. de las líneas 21. Posibles grados de compensación de

La línea Ocoña-Montalvo queda compensada al punto de resonancia de una fase abierta (grado de compensación de 0,9), en la condición con la compensación en ambos extremos. Esta condición será minimizada por el reactor de neutro, cuya función es reducir el acoplamiento de la fase abierta con las fases energizadas. Con el fin de explorar la posibilidad de ocurrencia de alguna condición de resonancia ante una falla de polos de interruptor durante una energización o apertura de una o de dos fases en ambos extremos de una línea se presentan los resultados en la Tabla 22.


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Tabla 22. 22. Resonancias con fases abiertas CHILCACHILCA-MARCONA 500 kV

Caso

Apertura de 1 o 2 fases ambos extremos

Contingencia de

Tensió n (*)

Corriente

Reactor de Línea

p.u.

Energía en descargadores (2 s) kJ

reactor neutro Apico Chilca

Marcona

De Línea de

De Línea de Marcona 0,219

Neutro de Chilca

Neutro de Marcona

0,016

0,016

RES1_1

1

No

1,03

483

480

Chilca 0,212

RES1_2

2

No

1,02

568

561

0,212

0,212

0,027

0,026

RES2_1

1

- Chilca

1,04

-

677

0,223

0,222

-

0,013

RES2_2

2

- Chilca

1,05

-

629

0,224

0,217

-

0,015

RES3_1

1

-Marcona

1,10

660

-

0,217

0,249

0,012

-

RES3_2

2

-Marcona

1,09

613

-

0,217

0,245

0,015

-

(*): Tensión fase-tierra en las fases que permanecen cerradas MARCONAMARCONA-OCOÑA 500 kV

Caso


Contingencia de

Tensió n (*)

Corriente

Reactor de Línea

p.u.

Energía en descargadores (2 s) kJ

reactor neutro Apico

Marcona

Ocoña

De Línea de Marcona

De Línea de

Neutro de Marcona

Neutro de Ocoña

0,025

0,025

RES4_1

1

No

1,05

320

323

0,218

Ocoña 0,224

RES4_2

2

No

1,04

325

323

0,218

0,222

0,030

0,029

RES5_1

1

- Marcona

1,06

-

427

0,236

0,238

-

0,026

RES5_2

2

- Marcona

1,08

-

368

0,238

0,235

-

0,030

RES6_1

1

- Ocoña

1,10

428

-

0,232

0,251

0,026

-

RES6_2

2

- Ocoña

1,10

357

-

0,231

0,249

0,032

-

(*): Tensión fase-tierra en las fases que permanecen cerradas OCOÑAOCOÑA-MONTALVO 500 kV

Caso


Contingencia de

Tensió n (*)

Corriente reactor neutro Apico

Reactor de Línea

p.u.

Ocoña

Montalvo

Energía en descargadores (2 s) kJ De Línea de Ocoña

De Línea Neutro de de Montalv Ocoña o 0,212 0,029

Neutro de Montalvo

RES7_1

1

No

1,02

325

318

0,223

RES7_2

2

No

1,00

351

341

0,222

0,206

0,039

0,036

RES8_1

1

- Ocoña

1,05

-

426

0,249

0,226

-

0,027


0,027

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RES8_2

2

- Ocoña

1,03

-

371

0,249

0,219

-

0,033

RES9_1

1

- Montalvo

1,06

410

-

0,236

0,230

0,029

-

RES9_2

2

- Montalvo

1,04

384

-

0,234

0,224

0,036

-

(*): Tensión fase-tierra en las fases que permanecen cerradas No se detectan condiciones que presenten resonancias ante la apertura de una o de dos fases en ambos extremos de las líneas. La energía disipada por los descargadores de línea y de reactores de neutro es insignificante. Tampoco se obtuvieron casos en los cuales se presenten tensiones mayores que 1,1 p.u. Las máximas corrientes por los reactores de neutro obtenidas en cada una de las líneas son las siguientes: Chilca - Marcona 500 kV : 677 Apico (apertura de una fase y sin reactor de línea en

Chilca). Marcona - Ocoña 500 kV : 428 Apico (apertura de una fase y sin reactor de línea en

Ocoña). Ocoña - Montalvo 500 kV : 426 Apico (apertura de una fase y sin reactor de línea en

Ocoña). Estos resultados se muestran en la siguiente figura: 700

Chilca - Marcona 500 kV: Máxima corriente por reactor de neutro, 677 Apico Apertura de una fase y sin reactor de línea en Chilca

[A] 525 350 175 0 -175 -350 -525 -700 0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

[s]

2.0

(file RES2_1.pl4; x-var t) c:XN_MAR-


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400

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Marcona-Ocoña 500 kV: Máxima corriente por reactor de neutro, 428 Apico Apertura de una f ase y sin reactor de línea en Ocoña

[A] 250

100

-50

-200

-350

-500 0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

[s]

2.0

[s]

2.0

(file RES6_1.pl4; x-var t) c:N_MAR -

400

Ocoña-Montalvo 500 kV: Máxima corriente por reactor de neutro, 426 Apico Apertura de una f ase y sin reactor de línea en Ocoña

[A] 250

100

-50

-200

-350

-500 0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

(file RES8_1.pl4; x-var t) c:XN_MON-

Figura 49. una o dos dos fases abie abiertas. rtas. Máximas corrientes por reactores de 49. Resonancias con una neutro 5.8 Respuesta de Impedancia en función de la Frecuencia

Se hicieron análisis de impedancia en función de la frecuencia en los nodos donde se harán las energizaciones de los transformadores, básicamente en las subestaciones


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A

Marcona y Montalvo 2 a 500 kV y 220 kV, con el fin de explorar la ocurrencia de polos a los armónicos característicos de orden 3, 5, 7 y 11 y posteriormente en tales casos evaluar la interacción de la red con las corrientes de inrush de los transformadores durante la energización y la posibilidad de aparición de sobretensiones. En la Figura 50 a la Figura 53 se muestran los resultados de la magnitud de las impedancias de la red a los armónicos característicos, obtenida con DIgSILENT, para el año 2013 en demanda mínima avenida. T N E L I S g I D

2000.00 0 0 0 . 1

0 0 0 . 2

0 0 0 . 3

0 0 0 . 5

0 0 0 . 7

= X

= X

= X

= X

= X

0 0 0 . 1 1 = X

1600.00

1200.00

800.00

400.00

219.353 Ohm

201.937 Ohm

163.713 Ohm

139.814 Ohm

97.025 Ohm

69.323 Ohm

0.00

-400.00 0.00

4.00

8.00

12.00

[-]

16.00

Marcona Nueva 500\MARCONA 500_B1: Network Impedance, Magnitude in Ohm

PROYECTO ABENGOA Año 2013 - Demanda Mínima - Avenida

Z(W) MN_500 kV Z (W) en Marcona Nueva 500 kV Sin Transformador

Date: 1/21/2011 Annex:

Figura 50. demanda anda mínima 50. Z ( ω), Año 2013, 2013, dem mín ima avenida, Marcona 500 kV


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A T N E L I S g I D

1500.00 0 0 0 . 1

0 0 0 . 2

0 0 0 . 3

0 0 0 . 5

0 0 0 . 7

= X

= X

= X

= X

= X

0 0 0 . 1 1 = X

1200.00

900.00

670.841 Ohm 600.00

467.820 Ohm

300.00

194.338 Ohm

205.805 Ohm

126.812 Ohm 77.244 Ohm

0.00

-300.00 0.00

4.00

8.00

12.00

[-]

16.00

Marcona Nueva 220\MARCONA 220_B1: Network Impedance, Magnitude in Ohm


Z(W) MN_220 kV Z (W) en Marcona Nueva 220 kV Sin Transformador


Figura 51. 51. Z ( ω), Año 2013, demanda mínima avenida, Marcona 220 kV T N E L I S g I D

3000.00 0 0 0 . 1

0 0 0 . 2

0 0 0 . 3

0 0 0 . 5

0 0 0 . 7

= X

= X

= X

= X

= X

0 0 0 . 1 1 = X

2000.00

1000.00

146.898 Ohm

184.350 Ohm

171.519 Ohm 83.880 Ohm

75.089 Ohm

74.185 Ohm

0.00

-1000.00 0.00

4.00

8.00

12.00

[-]

16.00

MONTALVO 2 500 kV: Network Impedance, Magnitude in Ohm


Z(W) M2_500 kV Z (W) en Montalvo 2 500 kV Sin Transformador


Figura 52. 52. Z ( ω), Año 2013, demanda mínima avenida, Montalvo 2 a 500 kV


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A T N E L I S g I D

250.00 0 0 0 . 1

0 0 0 . 2

0 0 0 . 3

0 0 0 . 5

0 0 0 . 7

= X

= X

= X

= X

= X

0 0 0 . 1 1 = X

200.00

150.00 140.817 Ohm

142.735 Ohm

100.00 88.109 Ohm

50.00 39.349 Ohm

23.515 Ohm

23.068 Ohm

0.00

-50.00 0.00

4.00

8.00

12.00

[-]

16.00

Montalvo 2 220\MONTALVO 2 220_B1: Network Impedance, Magnitude in Ohm


Z(W) M2_220 kV Z (W) en Montalvo 2 220 kV Sin Transformador


Figura 53. 53. Z ( ω), Año 2013, demanda mínima avenida, Montalvo 2 a 220 kV

En la tabla siguiente se resumen los resultados de la magnitud de las impedancias de la red a los armónicos característicos obtenidos de las figuras anteriores. Tabla 23. 23. Impedancias armónicas de la red Año 2013, demanda mínima Nodo Tensión [kV] 500 Marcona 220 500 Montalvo 2 220

1 97 77 147 23

Impedancia al Armónico [Ohm] 2 3 5 7 164 219 202 140 127 194 206 468 184 84 75 171 39 88 141 143

11 69 670 74 23

No se presentan polos de magnitud elevada a los armónicos característicos 3, 5, 7 y 11 en los nodos analizados vistos desde 220 kV o desde 500 kV. El riesgo de aparición de sobretensiones elevadas durante la energización de los transformadores desde el lado de 500 kV depende del producto de la magnitud de la impedancia de los polos al 5º armónico por la magnitud de la componente a ese armónico de las corrientes de inrush. En este estudio no se observan polos de valor alto para el nodo a 500 kV en los armónicos característicos. Adicionalmente los valores de las impedancias encontradas son relativamente bajos.


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A

Se validó que la componente del 5º armónico de la corriente de inrush más elevada, producto de las energización del transformador desde 500 kV de Marcona, son muy pequeñas como se ilustra en la Figura 54 y en la Figura 55.

Figura 54. 54. Primer pico corriente Inrush

Figura 55. 55. Componentes armónicas corriente inrush 5.9 Sobretensiones por Maniobra de Energizació ón d de e Transformadores de Energizaci

En la Tabla 24, se presentan las sobretensiones obtenidas por la energización de transformadores.


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A

Tabla 24. 24. Sobretensiones fase – tierra por energización de transformadores ENERGIZACIÓN DE TRANSFORMADOR

TENSIÓN kV

Fase A S.T. Estadística Vmedia (98%) δ p.u. p.u.

TENSIÓN EN

Vmedia p.u.

Marcona Nueva

500

Marcona N 220 kV

1.138

0.0453

1.231

1.152

Marcona Nueva

220

Marcona N 500 kV

1.956

0.0630

2.086

1.943

Montalvo 2

500

Montalvo 2 220 kV

1.198

0.0825

1.368

1.241

Fase B S.T. Estadística Vmedia (98%) δ p.u. p.u. 0.0442 1.142 1.243 0.0967 1.957 2.142 0.0902 1.222 1.426

Montalvo 2

220

Montalvo 2 500 kV

1.615

0.2460

2.122

1.617

0.2384

2.108

1.641

Fase C Resumen Estadístico S.T. Estadística S.T. Estadística Vmedia (98%) (98%) δ δ p.u. p.u. p.u. 0.0446

1.234

1.194

0.0274

1.250

0.0624

2.086

1.975

0.0035

1.982

0.0922

1.412

1.327

0.0364

1.402

2.139

1.973

0.0131

2.000

0.2417

Son mayores las sobretensiones obtenidas con la energización de los transformadores desde los devanados a 220 kV que desde el lado de 500 kV. La máxima energía en los descargadores de sobretensión encontrada para la energización de transformadores no supera el 5% de su capacidad de disipación para las maniobras hechas desde 220 kV o desde 500 kV. Tabla 25. corrientess por energización de transformadores, p.u. 25. Máximas corriente ENERGIZACIÓN DE TRANSFORMADOR

TENSIÓN kV

CORRIENTE EN

Marcona Nueva

500

Marcona N 500 kV

Marcona Nueva

220

Monta lvo 2 Monta lvo 2

Corriente pico, Fase A

Corriente pico, Fase B

Corriente pico, Fase C

Máxima

Máxima

2.05

2.05

Marcona N 220 kV

Máxima 2.24 1.24

1.21

1.23

500

Monta lv o 2 500 kV

1.92

1.95

1.93

220

Monta lv o 2 220 kV

1.52

1.48

1.51

Estas corrientes pico de energización de los transformadores están dadas en p.u. de los valores pico nominales del devanado correspondiente de 500 kV o 220 kV. En estos casos, las corrientes son mayores energizando desde el devanado de 500 kV. La energización del transformador de Marcona desde el nodo a 500 kV presenta el mayor valor de corriente de energización (entre 2.05 y 2.24 p.u.). 6.

Conclusiones

De acuerdo con los análisis realizados en este estudio de transitorios electromagnéticos y efectos dinámicos, se presentan a continuación las conclusiones para cada uno de los tópicos: −

Sobre la maniobra de energización de líneas : Se efectuó una evaluación de las

sobretensiones de maniobra, realizando 200 simulaciones estadísticas, para las dos líneas de transmisión y para las maniobras de energización, recierre monofásico y recierre trifásico, así como las energizaciones de transformadores. Se obtienen parámetros estadísticos (valor medio, desviación estándar ( σ)) de sobretensiones, con el 98% de probabilidad de ocurrencia. En los casos de energización de líneas la disipación de energía en descargadores de sobretensión está entre 0 y 5% de su capacidad.


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A

En la energización de la línea Chilca – Marcona a 500 kV se obtuvo la mayor sobretensión estadística con 2,138 p.u. (Tensión fase A y tierra). El resultado es admisible y no presenta ningún riesgo. −

Sobre el recierre monopolar de líneas : La disipación de energía en descargadores de

sobretensión está entre 0 y 5% de su capacidad. El resultado es admisible y no presenta ningún riesgo para el descargador. En los casos de recierre monopolar la mayor sobretensión se presenta en la línea Chilca – Marcona a 500 kV en la fase con recierre (Fase A) con 2,182 p.u. −

Sobre las solicitaciones térmicas y dinámicas en los reactores de neutro

En la línea Chilca – Marcona, el mayor pico de corriente se presenta en el reactor de neutro de Marcona con 715 Apico. En esta línea se seleccionó el reactor de neutro con mayor solicitación de corriente, dado que ambos reactores de neutro son de igual impedancia. En la línea Marcona – Ocoña, el mayor pico de corriente que se obtuvo en el reactor de neutro con 430 Apico. En la línea Ocoña – Montalvo, el mayor pico de corriente que se obtuvo en el reactor de neutro con 422 Apico. En ninguno de los casos simulados es relevante la disipación de energía en los descargadores de neutro. Los valores óptimos de sintonía de los reactores de neutro se deben ajustar con los taps, de acuerdo con las mediciones de los parámetros eléctricos de las líneas. −

Sobre las corrientes de arco secundario:

Para el caso de las líneas a 500 kV, las cuales se consideran transpuestas, se tendrán altas probabilidad de extinción del arco secundario, según criterios del CESI y del COES, por lo que es recomendable habilitar el recierre monofásico. Con un tiempo muerto superior a 630 ms la posibilidad de reencendido del arco es menor, y se garantiza un mayor cumplimiento de los indicadores propuestos por el COES, aumentando la probabilidad de un Recierre monofásico exitoso. Considerando un tiempo muerto aún mayor (780 ms), la probabilidad de extinción de arco en la línea Marcona-Ocoña aumenta, pasa de ser una probabilidad de extinción de 47% (para 630 ms) a un valor de 60%. −

Tensión Transitoria de Recuperación (TTR):

Las TTR de los interruptores, para un nivel de tensión de 500 kV se encuentran dentro de las características de los cuatro parámetros de la norma IEC 62271-100 para fallas terminales y kilométricas.


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−


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A

Solicitaciones térmicas en descargadores:

En la todos los casos de energización de líneas con falla, la disipación de energía en descargadores de sobretensión de línea no superan el 20% de la capacidad de disipación propia de cada descargador, en cuanto a los descargadores de neutro, se obtuvo una máxima disipación de energía del orden de 43% de la capacidad total de estos descargadores. −

Sobre resonancias con una o dos fases abiertas: No se detectan condiciones que

presenten resonancias ante la apertura de una o de dos fases en ambos extremos de las líneas. La energía disipada por los descargadores de línea y de reactores de neutro es insignificante. Tampoco se obtuvieron casos en los cuales se presenten tensiones mayores que 1.1 p.u. Las máximas corrientes por los reactores de neutro obtenidas en cada una de las líneas son las siguientes: Chilca - Marcona 500 kV : 677 Apico (apertura de una fase y sin reactor de línea en

Chilca). Marcona - Ocoña 500 kV : 428 Apico (apertura de una fase y sin reactor de línea en

Ocoña). Ocoña - Montalvo 500 kV : 426 Apico (apertura de una fase y sin reactor de línea en

Ocoña). −

Respuesta de Impedancia en función de la frecuencia :

Se hicieron análisis de impedancia en función de la frecuencia en los nodos donde se harán las energizaciones de los transformadores, básicamente en las subestaciones Marcona y Montalvo 2 a 500 kV y 220 kV, con el fin de explorar la ocurrencia de polos a los armónicos característicos de orden 3, 5, 7 y 11 y posteriormente en tales casos evaluar la interacción de la red con las corrientes de inrush de los transformadores durante la energización y la posibilidad de aparición de sobretensiones. No se presentan polos de magnitud elevada a los armónicos característicos 3, 5, 7 y 11 en los nodos analizados vistos desde 220 kV o desde 500 kV. −

Sobre la energización de transformadores : Son mayores las sobretensiones

estadísticas obtenidas con la energización de los transformadores desde los devanados a 220 kV (2.14 p.u.) que desde el lado de 500 kV (1.42 p.u.). Las corrientes son mayores energizando desde el devanado de 500 kV. La máxima energía en los descargadores de sobretensión encontrada para la energización de transformadores no supera el 5% de su capacidad de disipación para las maniobras hechas desde 220 kV o desde 500 kV.


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TS


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Rev.:

A

La energización del transformador de Marcona desde el nodo a 500 kV presenta el mayor valor de corriente de energización (entre 2.05 y 2.24 p.u.). Los resultados obtenidos en las simulaciones de maniobras estadísticas son considerados en la coordinación de aislamiento según las Normas IEC 60071-1 y IEC 60071-2, para los equipos de las subestaciones.


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Estudios Transitorios

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