PLANTA DE RESERVA FRÍA DE GENERACIÓN DE ETEN S.A PROYECTO PROJECT RESERVA FRÍA ETEN CONTRATISTA CONTRACTOR TÍTULO TITLE CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL Nº DE DOCUMENTO PROYECTO PROJECT DOCUMENT Nº RFE-1-BAT-ECE-IDO-001 REV A EDITADO PARA ISSUED FOR PARA DISEÑO FECHA DATE 9-05-2014 JMM PRV JSA REALIZADO DONE BY REVISADO CHECKED BY APROBADO APPROVED BY ESTE DOCUMENTO CONTIENE INFORMACIÓN PROPIETARIA Y NO PUEDE SER DUPLICADO, PROCESADO O CEDIDO A TERCEROS PARA UN USO DISTINTO AL DE ESTE PROYECTO Y EL OBJETO PARA EL QUE HA SIDO PREVISTO SIN LA AUTORIZACIÓN ESCRITA DE COBRA. THIS DOCUMENT CONTAINS PROPIETARY INFORMATION AND CAN NOT BE DUPLICATED, PROCESSED OR DISCLOSED TO THIRD PARTIES FOR ANY USE OTHER THAN THIS PROJECT AND THE PURPOSE FOR WHICH IT IS INTENDED FOR WITHOUT THE WRITTEN CONSENT OF COBRA.
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PLANTA DE RESERVA FRÍA DE GENERACIÓN DE ETEN S.A
PROYECTO PROJECT
RESERVA FRÍA ETEN CONTRATISTA CONTRACTOR
TÍTULO TITLE
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Nº DE DOCUMENTO PROYECTO PROJECT DOCUMENT Nº
RFE-1-BAT-ECE-IDO-001
REV A EDITADO PARA ISSUED FOR
PARA DISEÑO FECHA DATE
9-05-2014
JMM
PRV
JSA
REALIZADO DONE BY
REVISADO CHECKED BY
APROBADO APPROVED BY
ESTE DOCUMENTO CONTIENE INFORMACIÓN PROPIETARIA Y NO PUEDE SER DUPLICADO, PROCESADO O CEDIDO A TERCEROS PARA UN USO DISTINTO AL DE ESTE PROYECTO Y EL OBJETO PARA EL QUE HA SIDO PREVISTO SIN LA AUTORIZACIÓN ESCRITA DE COBRA.
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CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Rev. A
RFE-1-BAT-ECE-IDO-001 Pág/Page 2 de/of 18
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CONTROL DE MODIFICACIONES/CHANGE LOG
Revisión
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Fecha
Date
Modificaciones
Modifications
A 09/05/2014
EDICIÓN INICIAL
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Rev. A
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1. OBJETO
El objeto del presente documento es establecer las características técnicas del
TRANSFORMADOR PRINCIPAL a instalar en la Planta de Reserva Fría de Eten (Perú).
El estudio se ha realizado con el programa de diseño, análisis y simulación de sistemas
eléctricos ETAP Powerstation, de Operation Technology, Inc., versión 12.0.0C.
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Rev. A
RFE-1-BAT-ECE-IDO-001 Pág/Page 5 de/of 18
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2. REFERENCIAS
[1] ISA-REP: PE-REQU-ANTE-2011-D230 “Anteproyecto de Ingeniería Subestación Reque
220 kV y obras conexas”
[2] Email RFE-CPI-GE-EML-0070. de 2012-12-13 con datos de la red 220 kV.
[3] General Electric 401A6263 “GE LOAD SUMMARY”
[4] General Electric 105T6742 “ONE LINE DIAGRAM GAS TURBINE”
[5] RFE-1-YE_-ELC-IDO-001 “Lista de Consumidores Electricos”
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3. DATOS DE PARTIDA
En el anexo I se incluye el esquema simplificado empleado para la simulación. En él se han
incluido los elementos descritos a continuación.
3.1. RED DE 220 kV
Se considera la red de 220 kV definida por los siguientes valores:
Relación de transformación .................................................................................... 220 / 18 kV
Regulación: ............................................................................................. en carga, ± 10 x 1,5%
Tensión de cortocircuito ................................................................................... 10% (225 MVA)
Grupo de conexión .......................................................................................................... YNd1
Neutro a tierra .................................................................................................. Conexión sólida
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
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3.4. GENERADORES
Los datos y curvas considerados para el generador de la turbina principal se han incluido en el
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Tramo Generador-Interruptor de Generador:
o Corriente nonimal ................................................................................................... 1000 A
o Longitud .................................................................................................................... 35 m
Tramo Interruptor de Generador-Transformador Principal:
o Corriente nonimal ................................................................................................... 1000 A
o Longitud .................................................................................................................... 35 m
Tramo Interruptor de Generador-Transformador Auxiliar:
o Corriente nonimal ..................................................................................................... 400 A
o Longitud ...................................................................................................................... 8 m
Material conductor ................................................................................................................ Cu
3.6. SERVICIOS AUXILIARES
Los consumos de los servicios auxiliares de la planta se estiman en:
Factor de potencia ........................................................................................................ 0,8 p.u.
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
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4. DIMENSIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR PRINCIPAL
4.1. POTENCIA NOMINAL
Para realizar el cálculo, se precisa estudiar la situación más desfavorable de trabajo en la que se
encontrará el Transformador Principal, por ello, la situación analizada es la siguiente:
Máxima generación de potencia exportada a red:
Generador Pincipal operando a plena carga con FP 0,8 inductivo.
Generador Auxiliar (Black Start) operando a plena carga con FP 0,8 inductivo
Mínimos Servicios Auxiliares de la planta en operación para conseguir plena carga en
Turbina.
Por ello, la potencia generada desde los servicios auxiliares (desde el Black Start) se estima en:
Potencia activa (generada desde auxiliares) .................................................................... 4 MW
Potencia reactiva (generada desde auxiliares) ..........................................................3,33 MVAr
Factor de potencia ...................................................................................................... 0,37 p.u.
Se ha seguido el siguiente diagrama para el dimensionamiento de la potencia nominal del
Transformador Principal:
Donde, teniendo en cuenta los datos del proyecto y estimados en la sección 3 se obtiene:
Ug = 18 kV
P1 = 223,6 MW
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
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Q1 = 167 MVAr
P2 = (-4) MW *De acuerdo al sentido definido en el diagrama.
Q2 = (-3,33) MVAr *De acuerdo al sentido definido en el diagrama.
P3 = P1-P2 = 223,6 – (-4) = 227,6 MW
Q3 = Q1-Q2 = 167 –(-3,33) = 170,33 MVAr
S3 = √(P3^2+Q3^2) = 284,3 MVA < 300 MVA
U1 / U2 = 18 / 220 kV
P4, Q4 = Pérdidas en el transformador. Calculadas a partir de la siguiente estimación:
(
)
( )
|
| ( )
o = 99,7%
o
o P4 = 0,683 MW
o Q4 = 35.92 MVAr
P5 = P3-P4 = 227,6-0.683 = 226,9 MW
Q5 = Q3-Q4 = 170,33-35.92= 134.4 MVAr
S5 = √(P5^2+Q5^2) = 263,7 MVA < 300 MVA
Por lo que para el caso más desfavorable, se considera válida la potencia del Transformador
Principal de 225 /300 MVA (ONAN/ONAF).
4.2. IMPEDANCIA DE CORTOCIRCUITO
En los siguientes apartados y para una impedancia de cortocircuito del 10% (225 MVA) en el
Transformador Principal, se comprueba que las variaciones de tensión en el embarrado de
generación se encuentran dentro del rango admisible del ± 10%.
Ver documento de Cálculos Eléctricos [6].
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
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4.3. ESTUDIO DE TENSIÓN-REACTIVA
El estudio de tensión-reactiva muestra la capacidad reactiva de la planta frente a las variaciones
de tensión de la red para cada una de las tomas del regulador de tensión del Transformador
Principal, verificando así que para todo el rango de tensiones posibles de la red, la planta estará
trabajando dentro de los límites establecidos en cada sistema (Generador, Barras de Fase
Aislada, Transformador Auxiliar…).
Los casos estudiados son los siguientes:
CASO CONDICIONES DE OPERACIÓN
1
- Tensión de red operando en el rango de 220±5% kV (209 ÷231 kV)
- Generador Principal operando a plena carga con FP 0,8 inductivo.
- Generador Auxiliar operando a plena carga con FP 0,8 inductivo.
2
- Tensión de red operando en el rango de 220±5% kV (209 ÷231 kV)
- Generador Principal operando a plena carga con FP 0,95 capacitivo.
- Generador Auxiliar operando a plena carga con FP 0,95 capacitivo.
Nota: Los valores marcados en verde en los resultado marcan los valores de operación que se
encuentran fuera de los límites establecidos en bornas del Generador Principal (variación de
tensión de ±5% Un acorde a [8]).
4.3.1. Resultados Caso 1
En la siguientes tablas se dan los resultados de las simulaciones con el programa ETAP en
función de la tensión de la red 220 kV y de la posición del cambiador de tomas.
En la primera tabla se dan los valores de la tensión en la barra del generador en tanto por ciento.
TAP %
TOMA Tensión de la red de 220 kV
209 214,5 220 225,5 231
15 10 - - 95,44 97,47 99,50
13,5 9 - 94,47 96,52 98,58 100,64
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
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TAP %
TOMA Tensión de la red de 220 kV
209 214,5 220 225,5 231
12 8 - 95,55 97,64 99,72 101,82
10,5 7 94,55 96,66 98,78 100,90 103,02
9 6 95,67 97,81 99,96 102,10 104,26
7,5 5 96,81 98,99 101,17 103,35 105,53
6 4 97,99 100,20 102,41 104,63 -
4,5 3 99,21 101,45 103,69 105,94 -
3 2 100,46 102,74 105,02 - -
1,5 1 101,75 104,06 - - -
0 0 103,08 105,43 - - -
-1,5 -1 104,45 - - - -
-3 -2 105,87 - - - -
-4,5 -3 - - - - -
-6 -4 - - - - -
-7,5 -5 - - - - -
-9 -6 - - - - -
-10,5 -7 - - - - -
-12 -8 - - - - -
-13,5 -9 - - - - -
-15 -10 - - - - -
En la siguente tabla se representan los valores de la potencia transmitida a la red de 220 kV y el
factor de potencia (inductivo) en bornes del primario del transformador.
TAP %
TOMA
Tensión de la red de 220 kV
209 214,5 220 225,5 231
15 10 - - 260,07 260,98 261,84
- - 87,30 87,00 86,70
13,5 9 - 259,58 260,53 261,42 262,27
- 87,40 87,10 86,80 86,50
12 8 - 260,05 260,98 261,86 262,69
- 87,30 87,00 86,70 86,40
10,5 7 259,54 260,51 261,43 262,29 263,11
87,40 87,10 86,80 86,50 86,30
9 6 260,02 260,97 261,87 262,72 263,53
87,30 87,00 86,70 86,40 86,10
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
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TAP %
TOMA
Tensión de la red de 220 kV
209 214,5 220 225,5 231
7,5 5 260,50 261,43 262,32 263,15 263,94
87,10 86,80 86,50 86,20 86,00
6 4 260,97 261,89 262,76 263,58 -
87,00 86,60 86,40 86,10 -
4,5 3 261,44 262,35 263,20 264,00 -
86,80 86,50 86,20 85,90 -
3 2 261,91 262,80 263,63 - -
86,60 86,30 86,10 - -
1,5 1 262,37 263,25 - - -
86,50 86,20 - - -
0 0 262,84 263,69 - - -
86,30 86,00 - - -
-1,5 -1 263,30 - - - -
86,20 - - - -
-3 -2 263,75 - - - -
86,00 - - - -
-4,5 -3 - - - - -
- - - - -
-6 -4 - - - - -
- - - - -
-7,5 -5 - - - - -
- - - - -
-9 -6 - - - - -
- - - - -
-10,5 -7 - - - - -
- - - - -
-12 -8 - - - - -
- - - - -
-13,5 -9 - - - - -
- - - - -
-15 -10 - - - - -
- - - - -
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
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4.3.2. Resultados Caso 2
En la siguientes tablas se dan los resultados de las simulaciones con el programa ETAP en
función de la tensión de la red 220 kV y de la posición del cambiador de tomas.
En la tercera tabla se dan los valores de la tensión en la barra del generador en tanto por ciento.
TAP %
TOMA Tensión de la red de 220 kV
209 214,5 220 225,5 231
15 10 - - - - -
13,5 9 - - - - -
12 8 - - - - -
10,5 7 - - - - -
9 6 - - - - -
7,5 5 - - - - -
6 4 - - - - 94,40
4,5 3 - - - - 95,91
3 2 - - - 94,87 97,46
1,5 1 - - 93,81 96,43 99,05
0 0 - - 95,38 98,04 100,69
-1,5 -1 - 94,28 96,99 99,69 102,37
-3 -2 - 95,91 98,65 101,38 104,10
-4,5 -3 94,79 97,58 100,36 103,12 105,88
-6 -4 96,48 99,30 102,12 104,92 -
-7,5 -5 98,21 101,08 103,93 106,77 -
-9 -6 100,00 102,90 105,79 - -
-10,5 -7 101,84 104,78 - - -
-12 -8 103,74 106,73 - - -
-13,5 -9 105,70 - - - -
-15 -10 - - - - -
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Rev. A
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En la siguente tabla se representan los valores de la potencia transmitida a la red de 220 kV y el
factor de potencia (capacitivo) en bornes del primario del transformador.
TAP
% TOMA
Tensión de la red de 220 kV
209 214,5 220 225,5 231
15 10 - - - - -
- - - - -
13,5 9 - - - - -
- - - - -
12 8 - - - - -
- - - - -
10,5 7 - - - - -
- - - - -
9 6 - - - - -
- - - - -
7,5 5 - - - - -
- - - - -
6 4 - - - - 253,20
- - - - -89,80
4,5 3 - - - - 252,77
- - - - -89,90
3 2 - - - 253,10 252,34
- - - -89,80 -90,10
1,5 1 - - 253,46 252,66 251,93
- - -89,70 -89,90 -90,20
0 0 - - 253,00 252,23 251,53
- - -89,80 -90,10 -90,30
-1,5 -1 - 253,36 252,55 251,81 251,14
- -89,70 -90,00 -90,20 -90,50
-3 -2 - 252,89 252,11 251,40 250,75
- -89,90 -90,10 -90,40 -90,60
-4,5 -3 253,25 252,43 251,68 251,00 250,38
-89,70 -90,00 -90,30 -90,50 -90,70
-6 -4 252,78 251,99 251,27 250,61 -
-89,90 -90,20 -90,40 -90,60 -
-7,5 -5 252,31 251,55 250,86 250,23 -
-90,00 -90,30 -90,50 -90,80 -
-9 -6 251,86 251,13 250,47 - -
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TAP
% TOMA
Tensión de la red de 220 kV
209 214,5 220 225,5 231
-90,20 -90,50 -90,70 - -
-10,5 -7 251,42 250,72 - - -
-90,40 -90,60 - - -
-12 -8 250,99 250,32 - - -
-90,50 -90,70 - - -
-13,5 -9 250,57 - - - -
-90,60 - - - -
-15 -10 - - - - -
- - - - -
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Rev. A
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5. CONCLUSIONES
Las características principales finalmente establecidas para el Transformador Principal son las
Relación de transformación .................................................................................... 220 / 18 kV
Regulación: ............................................................................................. en carga, ± 10 x 1,5%
Tensión de cortocircuito ................................................................................... 10% (225 MVA)
Grupo de conexión .......................................................................................................... YNd1
Neutro a tierra .................................................................................................. Conexión sólida
Además, de los estudios realizados en la sección 4, se concluye que el bloque de potencia
Generador-Transformador Principal opera dentro de los límites establecidos tanto de tensión,
como de capacidad para cualquier caso de operación en la red.
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
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6. ANEXOS
Anexo I: Esquema Unifilar
Anexo II: Datos Generador
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Rev. A
ANEXO I
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ANEXO I:
ESQUEMA UNIFILAR
One-Line Diagram - OLV1 (Load Flow Analysis)
page 1 18:37:17 abr 30, 2014 Project File: Eten-XFR_PPL
RESERVA FRÍA ETEN
DIMENSIONAMIENTO DE TRANSFORMADOR
PRINCIPAL (REV A)
SS_AA
18 kV
BUS GEN
18 kV
S.E. Etén
220 kV
S.E. Reque
220 kV
1MKA76_BS
8,44 MW
Servicios_Aux
5 MVA
Red eléctrica Peruana
3022 MVAsc
Narcissus
AL 2,92 km
1BAT10
13,33 %Z
220/18 kV
YNd1
300 MVA
6% TapP
1MKA10
225 MW
Isolated Phase CU
35 m
Isolated Phase CU
35 mIsolated Phase CU
8 m
SS_AA
18 kV
S.E. Reque
220 kV
BUS GEN
18 kV
S.E. Etén
220 kV
1MKA10
225 MW
Isolated Phase CU
35 m
Isolated Phase CU
35 m
1BAT10
13,33 %Z
220/18 kV
YNd1
300 MVA
6% TapP
Isolated Phase CU
8 m
Red eléctrica Peruana
3022 MVAsc
Narcissus
AL 2,92 km
Servicios_Aux
5 MVA
1MKA76_BS
8,44 MW
CÁLCULOS. TRANSFORMADOR PRINCIPAL
Rev. A
ANEXO II
RFE-1-BAT-ECE-IDO-001 Pág/Page 1 de/of 14
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FIELD TIME CONSTANTS (Seconds @ 125 °C)Open Circuit T'd0 7.7 T'q0 0.62Three Phase Short Circuit Transient T'd3 0.77 T'q 0.14Line To Line Short Circuit Transient T'd2 1.32Line To Neutral Short Circuit Transient T'd1 1.6Short Circuit Sub transient T"d 0.026 T"q 0.026Open Circuit Sub transient T"d0 0.039 T"q0 0.076
ARMATURE DC COMPONENT TIME CONSTANTS (Seconds@ 100 °C)
Three Phase Short Circuit Ta3 0.42Line To Line Short Circuit Ta2 0.42Line To Neutral Short Circuit Ta1 0.32