Investigación del ruido anormal del generador nro. 15 de 700 MW de Casa de Máquinas II de Guri

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MÉRIDA – VENEZUELA

INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI

Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista

Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas

Enero, 2005

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MÉRIDA – VENEZUELA


Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista

Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas Tutor Académico: Prof. Carlos Muñoz Tutor Industrial: Ing. Eduardo Montilla

Enero, 2005

ii


Br. Rubén A. Jiménez R.

El Trabajo de Grado titulado “INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL

GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI”,

presentado por el Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas, en cumplimiento parcial

de los requisitos para optar al Título de Ingeniero Electricista, fue aprobado

por el siguiente jurado.

Prof. Carlos Muñoz

C.I. V-8.008.441

Prof. José Contreras C.I. V-4.490.926

Prof. Pedro Mora C.I. V-3.623.983

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Br. Rubén A. Jiménez R.

El Trabajo de Grado titulado “INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL

GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II. GURI”,

presentado por el Br. Rubén Antonio Jiménez Rivas, en cumplimiento parcial

de los requisitos para optar al Título de Ingeniero Electricista, fue realizado

en la Corporación Venezolana de Guayana Electrificación del Caroní C.A.

C.V.G. EDELCA, Departamento de Operaciones Guri bajo la tutoría industrial

del Ing. Eduardo Montilla.

Ing. Eduardo Montilla C.I. V-9.697.991 Tutor Industrial

iv

DEDICATORIA Cuesta creer que lo que en muchas ocasiones vimos tan lejano, sea hoy una

realidad, y quisiera aprovechar éstas líneas para dedicar éste logro a mis

padres y hermanos, sin su apoyo y compañía nada de ésto sería posible,

sigamos luchando por todo aquello que queramos, éste paso es una muestra

de que unidos como siempre hemos estado, somos uno, pero uno con toda

la fuerza del mundo. Éste logro es más de ustedes que mío.

Rubén Antonio

v

AGRADECIMIENTO Sería una vanalidad pretender que la culminación de éste trabajo, y por tanto,

el alcance de ésta meta fue un camino recorrido sólo por mi persona, hoy doy

gracias a Dios porque no fue así, y aprovecho éste espacio para agradecer a

todos aquellos que de una u otra forma estuvieron presentes...

A Dios todo poderoso y a la Santísima Virgen, por darme la fuerza en todo

momento y recordarme con cada amanecer lo bella que es la vida.

Al Niño Jesús, por proteger a todos aquellos que se encuentran a mi lado,

ha sido la mejor manera de protegerme a mí también.

A Mamá Charo, gracias por todos los consejos brindados en vida, cada uno

ha sido fuerza para mantenernos en la lucha.

A Nona y Nono, no tengo cómo agradecerles cada una de sus palabras,

cada gesto, cómo quisiera hoy poder tenerlos al frente y que vieran lo que he

logrado, sé que desde el cielo, juntos, celebran también.

A Mamá, por ser siempre la más bella de las madres, y estar a mi lado

creyendo en mí, gracias por los regaños y los abrazos, todos me daban

fuerza para no perecer en el camino, hoy y siempre daré lo mejor de mí para

compensar todo lo que me ha dado.

A Papá, gracias por ser como es, dándonos el mejor de los ejemplos de

dedicación y constancia, de amor al trabajo y a su familia, cómo no luchar y

querer ser siempre mejor con un ejemplo como el suyo, gracias papá.

vi

A Rosedi y Ramón Antonio, por estar siempre presente y anteponerme

ante sus propias necesidades, con éste paso culminamos los tres, como

siempre, los tres para arriba y para abajo, porque así ha sido, y que Dios nos

dé licencia para que así siga siendo. Los quiero, Gracias.

A Miguel, gracias por ser un hermano más y mostrarme que las cosas

cuando se quieren llegan, que hay que tener paciencia y trabajar mucho,

pero llegan.

A Jhoana Beatriz y Génesis Oriana, son el regalo más bello que Dios nos

ha dado, nunca cambien ése rostro angelical y esa sonrisa pícara que nos

ilumina día a día.

A TODA MI FAMILIA, son muchos pero a todos se les quiere y agradece los

buenos deseos que siempre han tenido, especialmente a Tía Betty y Tía

Adelina, ustedes, junto a Tío Adelmo y Tío Danilo, han sido pilares

fundamentales en mi desarrollo, como ser humano y profesional. Gracias.

A María Eugenia y Adán, por ser ejemplo de superación y por confiar en mí

como siempre lo han hecho, ustedes me ayudaron dándome la fuerza para

no desistir en ningún momento. Gracias.

A Mafer, gracias por ser la amiga incondicional que siempre has sido,

secándome las lágrimas en más de una ocasión y celebrando las alegrías de

cada trabajo entregado, de cada materia culminada, hoy pido a Dios que me

dé licencia para verte pronto culminando tu carrera.

A Michel, amigo que con su entereza y dedicación me ha enseñado que lo

más importante no es hacer el trabajo, sino disfrutarlo. Gracias por toda la

colaboración otorgada y por las que vienen.

vii

A TODOS MIS AMIGOS, gracias por ayudarme cada día, cada mes, durante

éstos años, especialmente a Karim, Corina, Desireé, Yohanna, Daniella,

Keyla, Auxy, Indira, Marilyn, Miriam, Oriana, Rina, Rosiry, Nela, Mariana,

Amaya, Jesús, Saúl, Sergio, Pablo, Luis, Jhony A., Jhonatan, Edison, Eloy,

Ciro, Jucht, Hender y Alexander, son muchos y a todos se les quiere, hoy

culmino yo, otros ya lo han hecho, y de corazón espero que cuando todos lo

hagan aún estemos juntos.

A MIS AMIGOS DE GURI, Ana M., María C., Martha E., Erika, Yndhira,

Ivana, Martha G., Karem, Yolimar, Vivian, Evelyn, Shaimar, Idalmis, Jenny,

Rubén, Darwin, Victor, Jairo, Danny, Jerson, Nadir, Joan, Yober, Rodolfo;

cada uno en su momento fue de gran apoyo, siempre se les tendrá presente.

A mi tutor, Prof. Carlos Muñoz, gracias por ser un amigo más que un tutor,

estando siempre presente con sus enseñanzas y consejos.

A mi tutor industrial, Ing. Eduardo Montilla, gracias por compartir tantos

conocimientos conmigo.

A TODO EL PERSONAL DEL DEPARTAMENTO DE OPERACIONES,

siempre quise trabajar en una ambiente agradable y lleno de conocimientos,

gracias por brindarme ésa experiencia.

A C.V.G. EDELCA, ente que me abrió sus puertas haciéndome sentir un

miembro más de su familia.

A la UNIVERSIDAD DE LOS ANDES en la cual aprendí tanto preparándome

como profesional, gracias por ser fuente de conocimientos.

A Todos Gracias…

viii

ÍNDICE GENERAL DEDICATORIA............................................................................................iv AGRADECIMIENTO.................................................................................... v ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................xi ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................xii RESUMEN ................................................................................................ xiii

INTRODUCCIÓN............................................................................................ 1 GLOSARIO ..................................................................................................... 4 CAPÍTULO I. C.V.G. EDELCA 1.1 INTRODUCCIÓN..................................................................................... 9 1.2 GENERALIDADES .................................................................................. 9 1.2.1 Nombre............................................................................................. 9 1.2.2 Reseña Histórica .............................................................................. 9 1.2.3 Ubicación Geográfica ..................................................................... 12 1.2.4 Misión, Visión y Valores ................................................................. 13 1.2.5 Estructura Organizativa .................................................................. 14

CAPÍTULO II. GENERACIÓN ELÉCTRICA 2.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 16 2.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA .......................................... 16 2.3 TURBINA HIDRÁULICA ....................................................................... 18 2.3.1 Definición........................................................................................ 18 2.3.2 Tipos............................................................................................... 19 2.3.3 Funcionamiento.............................................................................. 20 2.3.4 Componentes ................................................................................. 20 2.3.5 Descripción de Componentes ........................................................ 21 2.3.5.1 Tubería Forzada ...................................................................... 21 2.3.5.2 Rodete ..................................................................................... 21 2.3.5.3 Anillo Distribuidor ..................................................................... 22 2.3.5.4 Tubo Aspirador ........................................................................ 22 2.3.5.5 Eje de la Turbina...................................................................... 23

2.3.6 Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri ........ 23 2.3.6.1 Ubicación ................................................................................. 23 2.3.6.2 Características......................................................................... 24

2.4 GOBERNADOR .................................................................................... 25 2.4.1 Definición........................................................................................ 25 2.4.2 Funcionamiento.............................................................................. 25 2.4.3 Componentes ................................................................................. 26

ix

2.4.4 Descripción de Componentes ........................................................ 26 2.4.4.1 Sistema Presurizado de Aceite................................................ 26 2.4.4.2 Sistema de Gobernación ......................................................... 26 2.4.4.3 Sistema de Pre-Gobernación................................................... 27 2.4.4.4 Sistema Regulador .................................................................. 27 2.4.4.5 Sistema de Frenos................................................................... 28

2.4.5 Gobernadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri ................... 28 2.4.5.1 Ubicación ................................................................................. 28 2.4.5.2 Características......................................................................... 29 2.4.5.3 Fuentes de Alimentación ......................................................... 29

2.5 GENERADOR ELÉCTRICO ................................................................. 30 2.5.1 Definición........................................................................................ 30 2.5.2 Tipos............................................................................................... 30 2.5.3 Funcionamiento.............................................................................. 31 2.5.4 Componentes ................................................................................. 31 2.5.5 Descripción de Componentes ........................................................ 32 2.5.5.1 Rotor ........................................................................................ 32 2.5.5.2 Estator ..................................................................................... 35 2.5.5.3 Cojinetes del Generador .......................................................... 36 2.5.5.4 Generador de Imanes Permanentes (PMG) ............................ 39

2.5.6 Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................... 39 2.5.6.1 Ubicación ................................................................................. 39 2.5.6.2 Características......................................................................... 39 2.5.6.3 Fuente de Alimentación ........................................................... 41

2.6 CONEXIÓN EN PARALELO DE GENERADORES ELÉCTRICOS ...... 42 2.6.1 Igual Secuencia de Fases .............................................................. 42 2.6.2 Igual Frecuencia............................................................................. 42 2.6.3 Igual Tensión.................................................................................. 43 2.6.4 Instante de Sincronismo................................................................. 43 2.6.5 Conexión en Paralelo de los Generadores de Planta Guri ............. 43

CAPÍTULO III. ANTECEDENTES DE LA UNIDAD N° 15 DE CMG-II 3.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 47 3.2 HISTORIAL ........................................................................................... 47 3.2.1 Año 1991 ........................................................................................ 47 3.2.2 Año 1992 ........................................................................................ 48 3.2.3 Año 1993 ........................................................................................ 48 3.2.4 Año 1994 ........................................................................................ 49 3.2.5 Año 1995 ........................................................................................ 49 3.2.6 Año 1996 ........................................................................................ 49 3.2.7 Año 1997 ........................................................................................ 50 3.2.8 Año 1998 ........................................................................................ 51 3.2.9 Año 1999 ........................................................................................ 51 3.2.10 Año 2000 ...................................................................................... 51

x

3.2.11 Año 2001 ...................................................................................... 51 3.2.12 Año 2002 ...................................................................................... 51 3.2.13 Año 2003 ...................................................................................... 52 3.2.14 Año 2004 ...................................................................................... 52

CAPÍTULO IV. PROTOCOLO DE PRUEBAS DE INVESTIGACIÓN 4.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 53 4.2 VARIABLES DE ESTUDIO.................................................................... 53 4.2.1 Vibración ........................................................................................ 53 4.2.2 Aislamiento .................................................................................... 54 4.2.3 Corriente y Tensión ....................................................................... 57 4.2.4 Potencia Activa y Potencia Reactiva ............................................. 58

4.3 PROTOCOLO DE PRUEBAS................................................................ 59 4.3.1 Justificación.................................................................................... 59 4.3.2 Descripción..................................................................................... 60 4.3.3 Aplicación ....................................................................................... 61

CAPÍTULO V. REGISTRO Y ANÁLISIS DE DATA 5.1 INTRODUCCIÓN................................................................................... 64 5.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS.................................................................. 64 5.2.1 Vibración ........................................................................................ 64 5.2.2 Aislamiento..................................................................................... 67 5.2.3 Corriente......................................................................................... 71 5.2.4 Tensión........................................................................................... 71 5.2.5 Potencia Activa y Potencia Reactiva .............................................. 74

CONCLUSIONES ......................................................................................... 76 RECOMENDACIONES................................................................................. 78 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................. 81 ANEXO 2.a Diagrama Unifilar de Sistema de Sincronización Generadores PDG 800 Kv ANEXO 4.a Norma ISO 7919-5:1997 ANEXO 4.b Protocolo de Pruebas de Investigación UN-15, CMG-II

xi

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Ubicación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 23 Tabla 2.2 Año de Fabricación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 24 Tabla 2.3 Régimen de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 24 Tabla 2.4 Características de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 25 Tabla 2.5 Fabricantes de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri .................................................................................... 40 Tabla 2.6 Características de los Generadores Impares de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 40 Tabla 2.7 Características de los Generadores Pares de la Casa de Máquinas II Planta Guri................................................................. 41 Tabla 2.8 Dimensión y Peso de los Componentes Principales de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri.................... 41 Tabla 4.1 Patrones de Descargas Parciales obtenidos en pruebas de Laboratorio …………………………………………………………56 Tabla 5.1 Análisis PRPD Unidad N° 15, CMG-II ........................................... 69 Tabla 5.2 Análisis de Espectro de Frecuencia de Pruebas de Descargas Parciales de la Unidad N° 15, CMG-II........................................... 70 Tabla 5.3 Medición de Tensión de la Unidad N° 15, CMG-II ....................... 72 Tabla 5.4 Medición de Potencia de la Unidad N° 15, CMG-II ...................... 74

xii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Ubicación de Edelca Planta Guri ................................................. 13 Figura 1.2 Estructura Organizativa de C.V.G. Edelca................................... 15 Figura 2.1 Corte Transversal de una Central Hidroeléctrica ......................... 18 Figura 2.2 Turbina Tipo: (a) Pelton (b) Kaplan (c) Francis............................ 19 Figura 2.3 Rodete ......................................................................................... 22 Figura 2.4 Corte Transversal del Rotor......................................................... 33 Figura 2.5 Cojinete Guía Combinado del Generador.................................... 37 Figura 4.1 Daños Apreciables del Estator Unidad N° 15 de CMG-II ............. 55 Figura 4.2 Instalación de Sensores de Vibración, Pruebas Unidad N° 15, CMG-II.................................................... 61 Figura 4.3 Instalación de Equipos en la Cikura del UCS, Pruebas Unidad N° 15, CMG-II................................................... 62 Figura 5.1 Vibraciones en Carcasa y Núcleo del Generador N° 17, CMG-II ......................................................................................... 65 Figura 5.2 Vibraciones en Carcasa y Núcleo del Generador N° 15, CMG-II ....................................................................................... 656 Figura 5.3 Descargas Parciales de Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004 ................................................... 68 Figura 5.4 Espectros de Frecuencia de las Descargas Parciales de la Unidad N° 15, Marzo 2001 Y Noviembre 2004 ................... 70 Figura 5.5 Forma de Onda de las Fases A, B y C de la Unidad N° 15, Noviembre 2004.......................................... 73 Figura 5.6 Variación de Potencia de la Unidad N° 15, Noviembre 2004...... 75

xiii

RESUMEN

INVESTIGACIÓN DEL RUIDO ANORMAL DEL GENERADOR N° 15 DE 700 MW DE CASA DE MÁQUINAS II GURI

Br. Rubén A. Jiménez R. Tutor Académico: Prof. Carlos Muñoz Tutor Industrial: Ing. Eduardo Montilla

La realización de éste trabajo permitió la focalización del origen de la anomalía existente en el generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, C.V.G. EDELCA, el cual presentaba un ruido anormal al momento de su sincronización al sistema de potencia. El comienzo de la investigación se basó en la búsqueda de información teórica relacionada al tema, así como de entrevistas con el personal del Departamento de Operaciones Guri por medio del cual se indagó en la problemática existente, así como en la importancia de la solución del mismo. Posteriormente fue elaborado un historial de las anomalías sufridas por la unidad bajo estudio, así como de los trabajos realizados a la misma, obteniendo de ésta forma una visión más clara de la situación actual de la máquina. Por decisión en conjunto del Departamento de Operaciones Guri y el Centro de Investigaciones Aplicadas de EDELCA se decide la realización de una serie de pruebas de investigación, para lo cual fue necesaria la elaboración de un protocolo, o procedimiento, de pruebas a consignar ante la Sección de Planificación y Coordinación del Departamento de Operaciones Guri. Luego son realizadas las diferentes pruebas sobre la unidad, obteniéndose registros de vibración, aislamiento, corriente, tensión, potencia activa y potencia reactiva; las mismas son analizadas con la colaboración del personal del Centro de Investigaciones Aplicadas, llegando a la conclusión de que el principal problema es la pérdida de aislamiento en el núcleo del estator, factor que puede ser la causa de la anomalía en estudio. Por último se generan una serie se recomendaciones a ser aplicadas por los diferentes departamentos de Planta Guri con la finalidad de solventar la situación actual de la unidad generadora, algunas de éstas recomendaciones han sido consideradas en el proceso de reparación que se lleva a cabo en la actualidad sobre la Unidad N° 15. Descriptores: Cota: 1. Ruido – Control * TD892 J55

1

INTRODUCCIÓN

Durante más de cuatro décadas la C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., ha

aprovechado el potencial hidroeléctrico del Río Caroní produciendo energía

eléctrica, para luego transportarla y comercializarla, satisfaciendo así la

demanda del sector eléctrico nacional.

Para cumplir con éstos objetivos, C.V.G. EDELCA requiere del mejor

desempeño de sus plantas hidroeléctricas, a través de unidades

generadoras, equipos y sistemas en el mejor estado posible, es así como los

diferentes departamentos encargados de los mantenimientos y operación de

éstos constantemente realizan inspecciones, determinando aquellas

anomalías que necesiten ser corregidas.

Los trabajos de correcciones pueden realizarse en diferentes condiciones,

algunos pueden solventarse con mantenimientos programados, mientras que

otros ameritan intervención inmediata, ya que la falla presente puede

acarrear consecuencias graves para la seguridad del sistema, e inclusive del

personal.

Bajo ésta perspectiva surge la necesidad de investigar el ruido anormal que

presenta el generador de la unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II, en

Planta Guri al momento de su sincronización al sistema de potencia, ya que

por la presencia de ésta anomalía la unidad se mantiene sincronizada al

sistema de manera permanente, limitando su parada a ocasiones de estricta

necesidad, afectando por lo tanto la confiabilidad del sistema, así como, los

planes de mantenimiento necesarios de todas las unidades.

El siguiente trabajo fue realizado en el Departamento de Operaciones Guri,

con la colaboración del Centro de Investigaciones Aplicadas (CIAP),

2

Departamento de Ingeniería de Mantenimiento y el Departamento de

Mantenimiento Eléctrico de ésta planta, con el claro objetivo de focalizar el

origen de la anomalía, para ello fueron realizadas una serie de pruebas e

inspecciones visuales al núcleo del generador, para de ésta manera analizar

las posibles soluciones e implementarlas, normalizando entonces la anomalía

de la unidad generadora.

Es importante aclarar que para el momento de elaboración de éste trabajo la

unidad se encuentra en proceso de reparación, por lo tanto, no es posible

determinar si la anomalía fue eliminada, pudiendo así dar por concluida la

investigación, o por el contrario ésta persiste, en cuyo caso el trabajo de

determinación de las causas del problema deberá continuar.

Para una mejor comprensión, la información que a continuación se presenta

fue estructurada en cinco capítulos de la siguiente manera:

Capítulo I. C.V.G. EDELCA: en éste capítulo se presenta al lector

información general de la empresa, haciendo especial énfasis en la Central

Hidroeléctrica “Raúl Leoni”, por ser ésta la planta en la cual se encuentra la

unidad generadora bajo estudio.

Capítulo II. Generación Eléctrica: presenta la información teórica necesaria

para el entendimiento del proceso de generación hidroeléctrica, así como las

partes más importantes del mismo, tales como lo son las turbinas, el

gobernador de velocidad, el generador y el sincronizador; además se

especifican las características más resaltantes de éstos componentes de las

unidades generadoras de Planta Guri, teniéndose de ésta manera una clara

idea de la situación de la planta hidroeléctrica.

3

Capítulo III. Antecedentes: tal como su nombre lo indica, en éste capítulo

son enumerados los trabajos o anomalías más resaltantes sufridas por la

unidad N° 15 desde su puesta en servicio comercial hasta la actualidad.

Capítulo IV. Protocolo de Pruebas de Investigación: por requerimientos

internos de C.V.G. EDELCA, es necesario la presentación de un

procedimiento escrito ante el Departamento de Operaciones Guri en caso de

realización de pruebas sobre el sistema, éstos requerimientos son explicados

en éste capítulo así como las variables en estudio que contempla el mismo.

Capítulo V. Registro y Análisis de Data: son mostrados y analizados los

resultados obtenidos luego de las pruebas realizadas en noviembre de 2004

a la unidad bajo estudio.

Por último se presentan las conclusiones y las recomendaciones de

reparación, es importante resaltar que algunas de éstas recomendaciones ya

están siendo aplicadas en la intervención de la unidad por parte del

Departamento de Mantenimiento Eléctrico Guri.

4

GGlloossaarriioo

• Aislante

Material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado

para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito. Los más

frecuentemente utilizados son los plásticos y las cerámicas.

• Barra

Las barras están construidas por conductores de cobre y/o aluminio en

forma de varillas. Las secciones de las barras deben tener los valores

necesarios para el paso de corriente, de modo que la misma no exceda

los valores reglamentarios.

• Bobina

Es una cantidad de espiras colocadas tan íntimamente juntas, que todas

están enlazadas o cortadas por el mismo flujo.

• CMG-II

Casa de Máquinas II de Planta Guri.

• Conversión Electromagnética

Relaciona las fuerzas eléctricas y magnéticas del átomo, con las fuerzas

mecánicas aplicadas a la materia, y con el movimiento como resultado de

5

ésta relación, la energía mecánica puede convertirse en energía eléctrica

y viceversa.

• Cortocircuito

Son todos los defectos provocados por un contacto, bien entre

conductores o cualquier pieza metálica unida a ella.

• Desconexión Forzada

Es la apertura de los disyuntores que conectan a un elemento de

transmisión del sistema de potencia para sacarlo de servicio, ya sea por

actuación errática del equipo de protección, defectos en el equipo

asociado, o alguna actuación de emergencia.

• Desconexión Programada

Es aquella cuyo origen no deriva de una falla, sino por razones de

mantenimiento preventivo o correctivo.

• Dispositivo de Alarma

Son empleados en un sistema cualquiera para vigilar el buen

funcionamiento de los equipos, cuando se presenta una condición anormal

origina el aviso óptico y acústico.

• Enclavamiento

Son todos aquellos dispositivos eléctricos y mecánicos cuya función

principal es no permitir la operación de un equipo, cuando sus condiciones

normales y adecuadas, no están dadas para la operación a realizarse,

ésto con la finalidad de evitar posibles daños materiales o personales, y en

consecuencia corregir los errores humanos.

6

• Espira

Son los conductores separados por un paso polar.

• Factor de Potencia

Ángulo de desfasamiento de la corriente con respecto a la tensión, o

también la relación que existe entre la potencia activa y la potencia

aparente.

• Falla

Es la condición que impide la operación de uno o más componentes del

sistema de potencia y debe ser despajada inmediatamente.

• Flujo

Es el número de líneas de inducción que existen en el circuito magnético y

corresponden a la intensidad de la corriente.

• Fuerza Electromotriz

Es la tendencia, o fuerza, en voltios, que hace mover a los electrones, o

los pone en condiciones para ello.

• Generación de Energía Eléctrica

Proceso mediante el cual se obtiene energía eléctrica a partir de otra

forma de energía.

• Líneas de Generadores

Está comprendida por un grupo de tres conductores que permiten la

transmisión de la energía producida por las unidades generadoras

(elevada por los transformadores de potencia) en Casa de Máquinas, y

transmitida hacia el Patio de Distribución.

7

• Micro-Ondas

Son equipos que transmiten señales de comunicación por antena entre los

diferentes puntos de operación (Casa de Máquinas, Patio de Distribución,

despacho de carga, subestaciones, entre otras).

• Paso Polar

Es el arco entre dos lados de una misma bobina. Corresponde a 180°

eléctricos.

• Polo Norte

Es la región por donde emerge la influencia magnética.

• Polo Sur

Es la región por donde entra la influencia magnética.

• Protección

Como su nombre lo indica, son dispositivos empleados para proteger, y

sacar de servicio, equipos o instalaciones en servicio contra fallas, que

pongan en peligro de daño o destrucción, a dichos equipos.

• Ranura

Son horadaciones (perforaciones) donde van colocadas las bobinas.

• Resistencia

Son dispositivos eléctricos que se intercalan en un circuito para dificultar el

paso de la corriente eléctrica, o para que ésta se transforme en calor. Se

puede definir como la oposición ofrecida por los distintos componentes de

un conductor al paso de la corriente.

8

• Seccionador

Son dispositivos eléctricos de muy baja velocidad en su operación, cuya

función principal es la de conectar o desconectar secciones de línea, barra

y equipos, al resto del sistema.

• Sobrecarga

Carga superior a la nominal de una instalación o equipo.

• Tensión de Generación

Tensión a la cual se genera la energía eléctrica.

• Transformador de Corriente

Generalmente se utiliza con la finalidad de obtener niveles muy bajos de

corriente, pero proporcionales a la corriente principal o primaria, cuya

señal es utilizada para equipos de protección, medición y control. Su

conexión es en serie con la línea.

• Transformador de Tensión

Se utiliza para obtener valores de tensión bajos a ser utilizados en

protecciones, mediciones y controles. Su conexión es en paralelo con una

línea y la tensión es proporcional a la primaria.

• Valor Nominal

Es la magnitud eléctrica señalada para el funcionamiento normal de un

equipo. Por lo general todo equipo eléctrico y mecánico posee una placa

en su carcasa indicando éstos valores, lo que significa puede operar en

éstos rangos sin sufrir calentamiento o deterioro alguno.

9

CCaappííttuulloo II CC..VV..GG.. EEDDEELLCCAA

1.1 INTRODUCCIÓN

En el presente capítulo el lector podrá ahondar en ciertas generalidades de la

C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., pudiendo conocer de ésta manera la

tenaz e inquebrantable tarea de ésta empresa en llevar electricidad a todo el

territorio nacional, así como la de afianzar las relaciones bilaterales con

países vecinos a través del intercambio de energía eléctrica.

1.2 GENERALIDADES

1.2.1 Nombre

Corporación Venezolana de Guayana Electrificación del Caroní C.A.,

C.V.G. EDELCA.

1.2.2 Reseña Histórica [10]

C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., EDELCA, es una empresa de energía

eléctrica a nivel nacional e internacional, integrada por capital mixto, donde el

estado venezolano participa en un 51% de las acciones y el 49% restante es

capital privado. Fue constituida el 23 de julio de 1963, con el mandato claro

10

de aprovechar el vasto potencial hidroeléctrico del Río Caroní, para el

desarrollo de Guayana y la nación venezolana.

Con éste hecho histórico se dió continuidad y permanencia a los esfuerzos

que habían venido siendo realizados por la Corporación Venezolana de

Fomento (1949-1953) y la Comisión de Estudios para la Electrificación del

Río Caroní (1953-1963), los cuales terminaron con la puesta en servicio de la

primera central hidroeléctrica en el mismo, Macagua I, con 360 MW de

potencia instalada.

La idea de crear la Central Hidroeléctrica “Raúl Leoni”, Guri, nació de la

negociación entre la firma consultora Norteamericana Burns & Roe Inc. y la

Corporación Venezolana de Fomento, donde se contemplaba el desarrollo

hidroeléctrico del Río Caroní, pues las condiciones que poseían los saltos

inferiores de éste río no se podían despreciar. El desarrollo de Guri responde

no sólo al acelerado crecimiento de la demanda energética del país, sino

también para afirmar la capacidad instalada en Macagua, cuya generación

era dependiente de las temporadas de verano e invierno.

En 1958 la Corporación Venezolana de Fomento dió autorización a la

Comisión para la Electrificación del Caroní para que iniciara las tareas

preliminares del proyecto Guri, a cuyos fines un grupo de ingenieros se

instaló en el Cañón Nekuima, lugar escogido como base de las operaciones

de la futura obra. En 1963 se realiza la primera voladura en dicho cañón, con

lo que arranca la construcción de la primera etapa de Guri, entrando la

primera unidad en servicio cinco años más tarde y la última en 1978,

momento en el cual se inicia la construcción de la etapa final de la presa

“Raúl Leoni”; ésta etapa culmina en 1986 para tener así una capacidad total

instalada de 10.000 MW, ubicándose como la segunda hidroeléctrica con

11

mayor potencia instalada en el mundo y la octava en volumen de agua

represada.

En 1988 inicia la construcción de Macagua II.

En 1991 entra en operaciones de la segunda etapa del sistema de

transmisión de 800 KW.

En 1993 inició la construcción de Caruachi entrando la primera unidad en

servicio comercial en el año 2003, al final de su construcción la misma

contará con 2.160 MW de potencia instalada.

En 1995 entra en servicio la primera unidad de la Casa de Máquinas III en

Macagua y en 1996 la primera de la Casa de Máquinas II. En 1997 es

inaugurada Macagua II y Macagua III.

Tocoma es otro proyecto a ser desarrollado en el bajo Caroní y de acuerdo a

la programación de la empresa ésta central contará con 2.160 MW de

potencia instalada.

A más de 40 años de su constitución, EDELCA ha sido factor decisivo en el

desarrollo del país, aportando en 1963 el 22% de la energía eléctrica a nivel

nacional, con cobertura limitada a Guayana, llega a suplir en 1993 el 71% de

la energía de una Venezuela altamente electrificada. EDELCA en

consecuencia, se ha convertido en éstos años en el productor más

importante de energía del país, después de PDVSA, con una producción

hidroeléctrica equivalente a 95 millones de barriles de petróleo al año.

12

1.2.3 Ubicación Geográfica

La central hidroeléctrica “Raúl Leoni”, Guri, se encuentra ubicada en el

campamento Guri, Distrito Guri, Estado Bolívar, aproximadamente a 90 Km

de Puerto Ordaz, y a 110 Km de la capital del estado, Ciudad Bolívar; está

limitada por:

• Norte: Cauce del Río Orinoco .

• Este: Zona Montañosa.

• Sur: Lago de Guri (artificial).

• Oeste: Campamento y vías de acceso.

Por razones de seguridad existen tres (3) vías de acceso a Planta Guri:

• Por tierra, a través de las diferentes carreteras de entrada.

• Aérea, por medio del helipuerto localizado en las inmediaciones de la

planta.

• Marítima, a través del Río Caroní.

Éstas medidas de contingencia aseguran la operatividad de la planta.

En la figura 1.1 se presenta el mapa de Venezuela en el cual se puede

observar que se encuentra resaltado el Estado Bolívar, presentando éste con

mayor detalle y en el cual a través de un acercamiento se aprecia el embalse

de Planta Guri.

13

Figura 1.1 Ubicación de EDELCA Planta Guri

1.2.4 Misión, Visión y Valores

Misión

“Producir, transportar y comercializar energía eléctrica a precios

competitivos, en forma confiable y en condiciones de sustentabilidad,

eficiencia y rentabilidad”. [Intranet EDELCA, 2004]

Visión

“Empresa de servicio elétrico de clase mundial, lider en desarrollo

sustentable, pilar del progreso del país”. [Intranet EDELCA, 2004]

14

Valores [Intranet EDELCA, 2004]

• Humanismo.

• Honestidad.

• Respeto.

• Excelencia.

• Competitividad.

• Compromiso.

• Participación.

1.2.5 Estructura Organizativa [1]

La nueva estructura organizativa de EDELCA permitirá la transición hacia la

separación jurídica de sus actividades, de esta forma se agrupará en áreas

de negocio, a fin de cumplir con la separación contable de las actividades de

generación, transmisión y distribución.

La figura 1.2 muestra la estructura organizativa mencionada, desglosando

únicamente aquella División, y respectiva Dirección, a que se encuentra

adscrita Planta Guri.

15

Figura 1.2 Estructura Organizativa de C.V.G. EDELCA

PRESIDENCIA

Gerencia de Contraloría Interna

Gerencia de Asuntos Públicos

Gerencia de Gestión Ambiental

Dirección de Servicios

Gerencia de Consultoría Jurídica

Gerencia de Recursos Humanos

Dirección de Finanzas

Dirección de Planificación

Dirección Expansión de Generación

Dirección de

Producción

Dirección de Transmisión Regional

Dirección de

Distribución

Dirección Ejecutiva de Transmisión

Div. de Ingeniería de Mejoras de Generación

Dpto. Investigaciones y Pruebas de Generación

División Planta Caruachi

Dpto. Proyectos de Mejoras de Generación

División Planta Macagua

División Planta Guri

Div. Protecciones, Supervisión y Control

de Generación

Dpto. Servicios Generales

Dpto. Operaciones

Dpto. Mantto. Eléctrico

Dpto. Mantto.

Mecánico

Dpto. Mantto. De Control e Instrument.

Dpto. Ingeniería de Mantto.

16

CCaappííttuulloo IIII GGeenneerraacciióónn EEllééccttrriiccaa

2.1 INTRODUCCIÓN

El siguiente capítulo presenta los conceptos básicos y necesarios para el

pleno entendimiento de la investigación, tales como el proceso de generación

y los elementos involucrados en el mismo, así como las diferentes variables

de estudio que permitieron el análisis del problema presentado por la

unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri.

2.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA [12]

El proceso mediante el cuál se aprovecha la energía hidráulica que provee el

Río Caroní para su conversión en energía eléctrica implica una sucesión de

pasos como se describen a continuación.

Se posee energía potencial en el embalse o presa, las plantas o centrales

hidroeléctricas aprovechan ésta energía para convertirla en energía

mecánica moviendo las turbinas y generadores para producir electricidad.

Para el suministro de agua se utiliza la compuerta de toma, ésta controla el

caudal que entrará a la tubería forzada; son del tipo oruga de desplazamiento

vertical y su operación es controlada mediante motores de inducción

17

trifásicos de 45 Hp. Existen dos compuertas por cada unidad, y de allí se

conduce el agua hasta la caja espiral.

La tubería forzada está ubicada a cierta altura sobre la caja espiral, a modo

de ejercer la presión necesaria sobre la misma, para distribuir la presión de

agua uniformemente sobre el rodete. Éste posee unos álabes colocados de

manera tal que reciba el flujo de agua y lo aproveche produciendo el

movimiento giratorio del eje acoplado, ésto es lo que se conoce con el

nombre de turbina hidráulica.

Controlando la velocidad de la turbina se controla a su vez la velocidad de

toda la unidad, siendo éste un aspecto fundamental en la producción de

energía ya que influye directamente en la frecuencia de la tensión generada.

El equipo que controla la velocidad es el gobernador y está constituido por

una sección reguladora que contiene equipos electrónicos y eléctricos, y por

una sección actuadora (servomotores) que regulan el paso de agua a través

de las turbinas.

El generador tiene como función básica, tomar la energía mecánica

rotacional que le es entregada a través del eje del generador, el cual

transmite los movimientos provenientes del eje de la turbina al rotor del

generador. Éste eje pasa a través de una estructura metálica fuerte,

denominada ménsula o soporte inferior, la cual es capaz de soportar el peso

de las partes rotantes del generador así como el empuje que ejerce el agua

sobre la turbina. La energía mecánica producida por la fuerza del agua hace

girar al rotor, y a medida que éste gira, el campo magnético producido induce

una tensión en las barras del estator, que es donde realmente se produce

electricidad, la cual se extrae de sus terminales y luego es enviada a los

transformadores de potencia.

18

En la figura 2.1 [13] se presenta el corte transversal de una central

hidroeléctrica en cuya leyenda se enumeran algunas de las partes que

constituyen la misma, de ésta forma se pueden identificar las partes

mencionadas en los pasos explicados.

Figura 2.1 Corte Transversal de una central hidroeléctrica

2.3 TURBINA HIDRÁULICA [7]

2.3.1 Definición

Equipo que convierte la energía hidráulica en energía mecánica, ésta

conversión de energía se efectúa una vez que el flujo de agua choca contra

los alabes de un rodete.

LEYENDA: 1. Embalse 2. Presa 3. Rejas antibasura 4. Tubería forzada 5. Conjunto de grupos Turbina-Alternador 6. Turbina 7. Eje 8. Generador 9. Líneas de transporte de energía eléctrica 10. Transformadores de potencia

19

2.3.2 Tipos

Las turbinas hidráulicas se construyen de acuerdo a la caída neta del

embalse en el cual se utilizarán. En la figura 2.2 se observan los tipos de

turbinas hidráulicas y seguida de ésta una breve explicación de las mismas.

Figura 2.2 Turbina Tipo: (a) Pelton (b) Kaplan (c) Francis

a) Pelton, el fluido motriz opera en forma tangencial, utilizando de ésta

forma la energía cinética del agua. Por tal razón se denominan turbinas

de impulso. Se utilizan en presas de grandes caídas (200 a 2000 mts).

b) Kaplan, el fluido motriz la atraviesa en la dirección del eje de la

máquina (dirección axial), se clasifica como una turbina de reacción. No

obstante por ser el grado de reacción menor que la unidad, también

aprovechan en parte la energía dinámica del agua. Se utilizan cuando la

caída es baja (5 a 15 mts).

c) Francis, el paso del agua por el rotor se efectúa en forma radial,

aprovechando de ésta forma la energía estática del agua. Por tal razón

también se denominan turbinas de reacción. Se construyen para caídas

medias y bajas (30,5 a 45,7 mts) con una potencia notable; éste tipo es

el que se encuentra instalado en Planta Guri.

(a) (b) (c)

20

2.3.3 Funcionamiento

Al abrir las paletas la energía hidráulica que se encuentra almacenada en la

represa desciende por la tubería forzada hacia la caja espiral, que se

encarga de distribuir uniformemente la presión de agua en el rodete, a través

de las paletas fijas y directrices, una vez que el agua choca con los alabes

del rodete, es centralizada por el anillo desde la misma y desciende hacia el

tubo aspirador para su descarga hacia aguas abajo.

La turbina inicia el movimiento aumentando su velocidad a medida que se

van abriendo las paletas, las cuales están controladas por el gobernador a

través de una señal eléctrica recibida del generador de imanes permanentes.

2.3.4 Componentes

Las turbinas hidráulicas tienen tres componentes fundamentales:

• Rodete.

• Anillo distribuidor / paletas fijas.

• Tubo aspirador.

Completan la turbina otros elementos auxiliares que contribuyen a que el

aporte de energía del agua pueda realizarse con la mayor eficiencia posible.

Los componentes que conforman el conjunto total de una turbina son los

siguientes:

• Tubería forzada.

• Caja espiral.

• Paletas móviles.

• Anillo de operación de las paletas.

21

• Mecanismo de operación de las paletas.

• Cubierta superior de la turbina.

• Caja del sello del eje.

• Bafle plate.

• Eje de la turbina.

• Cojinete guía de la turbina.

• Detector de vibración.

• Detector de temperatura.

• Interruptor diferencial de presión.

• Detector de nivel de aceite.

2.3.5 Descripción de Componentes

2.3.5.1 Tubería Forzada

Es una tubería empotrada en cada monolito de la presa correspondiente a

cada unidad, se encarga de conducir el agua desde el lago, a través de las

tomas de agua, hacia la caja espiral de cada unidad.

2.3.5.2 Rodete

Es la pieza fundamental de la turbina, formado por alabes instalados en un

plato perpendicular al eje de la máquina recibe el choque del agua

haciéndolo girar en dirección radial, obteniendo así la energía mecánica

deseada. La figura 2.3 muestra un rodete instalado en Casa de Máquinas II

Planta Guri.

22

Figura 2.3 Rodete

2.3.5.3 Anillo Distribuidor

Es la parte de la turbina que guía el agua que se localiza en la caja espiral

para dirigirla hacia las paletas directrices. Éste anillo es fijo, se encuentra

soldado a la caja espiral y su función es la de servir de soporte al anillo de

desgaste y el cual guía a las paletas móviles para que éstas puedan realizar

su recorrido de 90°.

2.3.5.4 Tubo Aspirador

Es un conducto acodado por el cual se guía el agua que utiliza la turbina

hacia el canal de descarga una vez realizada la transferencia de energía. El

tubo aspirador es del tipo acodado, en éste tipo de tubo la porción vertical es

cónica, la cual gradualmente se achata en la sección del codo y

posteriormente descarga horizontalmente a través de dos secciones

rectangulares hacia el canal de descarga. El tubo aspirador tiene doble

propósito; dar salida del gasto de agua al canal de descarga y al mismo

tiempo procurar una ganancia en carga estática hasta el valor de la presión

23

atmosférica, debido a su forma divergente, recuperando así la mayor parte

de la energía cinética entregada por el rodete.

2.3.5.5 Eje de la Turbina

Es el que transmite el movimiento mecánico producido en la turbina al

generador. El sistema total del eje consta de dos secciones independientes,

el eje de la turbina y el eje del generador que están empernados a través de

bridas de acero.

2.3.6 Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri [4]

2.3.6.1 Ubicación

Las turbinas de las unidades generadoras de la Casa de Máquinas II planta

Guri se encuentran entre las elevaciones 113,59 mts y 117 mts, ubicándose

en el área de los monolitos como se presenta en la tabla 2.1.

Tabla 2.1 Ubicación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri

Turbina N° Monolito 11 28 22 27 13 26 14 25 15 24 16 23 17 22 18 1 19 2 20 3

24

2.3.6.2 Características

Las turbinas hidráulicas instaladas en las 10 unidades generadoras de la

Casa de Máquinas II planta Guri son tipo Francis, cuya velocidad nominal es

de 112,5 r.p.m. y fueron fabricadas por la empresa Hitachi LTD, exceptuando

las unidades N° 12, 16 y 19 que son marca Toshiba en colaboración con

Hitachi, los años de fabricación se presentan en la tabla 2.2.

Tabla 2.2 Año de Fabricación de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri

Unidad N° Año de Fabricación 12 – 13 – 14 1978

15 1979 11 – 16 1980 17 – 18 1981 19 – 20 1982

De acuerdo a la caída neta del agua se obtendrán valores de régimen

diferentes para las turbinas, en la tabla 2.3 se presentan los valores de

potencia de acuerdo a éste parámetro.

Tabla 2.3 Régimen de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri

Caída Neta [mts]

Potencia [Kw]

Velocidad [r.p.m.]

111,00 476.000 112,5 130,00 610.000 112,5 146,00 730.000 112,5

La separación física de las turbinas es de 28 mts. El eje tiene un diámetro de

2,7 mts; 6,57 mts de altura y 116 Ton de peso.

25

La tabla 2.4 presenta las características de caída, potencial y descarga.

Tabla 2.4 Características de las Turbinas Hidráulicas de la Casa de Máquinas II Planta Guri

Neta nominal 130 mts Caída

Máxima infrecuente 146 mts Nominal y garantizada 610 MW Máxima para operación continua a 146 mts

730 MW Potencia

Máxima para operación temporal a 146 mts

767 MW

Nominal 503 m3/seg Máxima para operación continua en 146 mts

540 m3/seg Descarga

Máxima para operación temporal en 146 mts

576 m3/seg

2.4 GOBERNADOR [6]

2.4.1 Definición

Equipo encargado de controlar la velocidad de la turbina hidráulica bajo

cualquier condición de carga.


El gobernador detecta la velocidad de la turbina y acciona las paletas móviles

de la misma con relación a la señal de velocidad detectada del generador de

imanes permanentes, para mantenerla girando a velocidad nominal.

Posee alta sensibilidad, rápida respuesta, y puede aplicarse a la operación

automática y control automático de frecuencia de una planta eléctrica.

26

2.4.3 Componentes

Los componentes del gobernador se dividen en cinco secciones:

1. Sistema Presurizado de Aceite

2. Sistema de Gobernación

3. Sistema de Pre-Gobernación

4. Cubículo Regulador

5. Sistema de Frenos


2.4.4.1 Sistema Presurizado de Aceite

Se encarga de proporcionar aceite a presión (50 Kg/cm2), para el

funcionamiento de los sistemas de gobernación y Pre-gobernación. A su vez

está compuesto por:

• Tanques de presión.

• Tanque sumidero.

• Sistema de bombas.

2.4.4.2 Sistema de Gobernación

Es el encargado del control y manejo de los equipos mecánicos que

determinarán la velocidad de la unidad; está compuesto por:

• Válvula de distribución.

• Válvula de emergencia.

• Válvula 790.

27

• Válvula 780-1.

• Servomotores de paletas directrices.

• Dispositivo de cierre lento.

• Dispositivo de enclavamiento.

• Transmisor de posición.

2.4.4.3 Sistema de Pre-Gobernación

Es el encargado de purificar y asegurar que los aceites usados por el sistema

de gobernación se encuentren en el estado requerido; está compuesto por:

• Válvulas solenoides de paro completo, enclavamiento del actuador, paro

parcial y del actuador.

• Válvula piloto.

• Dispositivos para paletas directrices: limitador y manual.

• Válvulas de control para limitador de paletas, paro parcial y de

enclavamiento del actuador.

• Enclavamiento del actuador.

• Servomotor auxiliar.

• Transmisor de límite.

• Detector de deslizamiento.

• Interruptores centrífugos de velocidad.

2.4.4.4 Sistema Regulador

Es el encargado de recibir y adecuar las señales eléctricas de velocidad y

procesarlas; está compuesto por:

• Unidad de la fuente de alimentación eléctrica.

28

• Circuito detector de velocidad.

• Dispositivo de ajuste de velocidad.

• Realimentación de potencia.

• Dispositivos de ajuste de potencia y de caída de velocidad.

• Circuito PID.

• Realimentación del servo.

• Amplificador de potencia.

• Control del regulador.

2.4.4.5 Sistema de Frenos

Disminuye el tiempo de parada de la unidad. Está compuesto por:

• Zapatas de frenado (20 en las unidades impares y 24 en las pares).

• Anillo de frenado.

• Tanque de almacenamiento de aire.

• Válvulas neumáticas.

• Electro-válvulas.

• Tuberías.

• Manómetros.

2.4.5 Gobernadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri [3]

2.4.5.1 Ubicación

• Servomotores: elevación 119,75 mts, en el pozo de la turbina.

• Tablero del gobernador: elevación 131,00 mts, aguas arriba, en la galería

para equipos mecánicos, piso 3.

29

• Cubículo del regulador: elevación 137,50 mts, aguas arriba, en la galería

para equipos de maniobra, piso 4, anexo al tablero UCS.


• Marca: Hitachi LTD.

• Actuador: Tipo EG.

• Banda muerta: 0,02% (hasta el servomotor auxiliar).

• Tiempo muerto: 0,2 seg (hasta el servomotor auxiliar).

• Gama ajustable del cambiador de velocidad: 85 – 115% (a la apertura sin

carga).

• Gama ajustable del cambiador de apertura: 0 – 100% de carga.

• Caída de velocidad o regulación de velocidad: 0 – 10%.

• Gamas ajustables de los elementos del PID:

♦ Ganancia del elemento P (Kp)

0,5 – 12, en la condición de la línea OFF

1,0 – 20, en la condición de la línea ON

♦ Ganancia del elemento I (KI)

0,1 – 5, en la condición de la línea OFF

0,1 – 5, en la condición de la línea ON

♦ Ganancia del elemento D (KD)

0,1 – 10

2.4.5.3 Fuentes de Alimentación

• Eléctricas:

♦ 125 VCC provenientes del tablero UCS para alimentar el circuito de

control eléctrico.

30

♦ 120 VAC provenientes del tablero UCS para alimentar el circuito del

selsins del gobernador, regulador del gobernador.

• Hidráulica: proveniente del tanque de alta presión de aceite para el

sistema de gobernación y pre-gobernación.

2.5 GENERADOR ELÉCTRICO [6, 8, 11, 15]

2.5.1 Definición

Dispositivo que transforma la energía mecánica de rotación en energía

eléctrica.

2.5.2 Tipos

a) Asincrónicos, el rotor no gira a la misma velocidad del campo

magnético que produce la corriente del estator.

b) Sincrónicos, el rotor gira a la misma velocidad del campo magnético

que produce la corriente del estator. Éstos a su vez se subdividen en:

♦ Cilíndrico, generador de polos no salientes, es decir, de polos

magnéticos construidos al ras de la superficie del rotor. Se emplea

usualmente para dos y cuatro polos.

♦ Polos salientes, el término saliente significa “protuberante”, y un polo

saliente es un polo que sobresale de la superficie del rotor. Se

emplea para cuatro o más polos.

31


El movimiento mecánico de la turbina es transmitido al generador por medio

del eje haciendo girar el rotor.

Para inducir la tensión en el generador se recurre al proceso de excitación,

inyectando corriente directa en la bobina del rotor, de ésta manera se

produce un campo magnético que se mueve sobre los conductores del

estator, por lo cual aparece el voltaje inducido deseado sobre los terminales

del mismo; el resultado de éste proceso es que se tendrá un campo

magnético que gira con el rotor, en éste momento se dice que la unidad se

encuentra excitada en vacío, ya que aún no ha sido sincronizada al sistema

de potencia.

2.5.4 Componentes

Los generadores eléctricos están compuestos por dos partes fundamentales:

• Rotor.

• Estator.

Completan el generador otros elementos eléctricos, mecánicos y de

protección, éstos son:

• Bobinas.

• Polos.

• Barras de corriente continua.

• Anillos rozantes.

• Escobillas.

• Barras de fase aislada.

32

• Enfriadores de aire del generador.

• Ménsula superior del generador.

• Cojinete guía superior del generador.

• Enfriamiento cojinete superior del generador.

• Detectores de temperatura aceite y metal cojinete guía superior del

generador.

• Ménsula inferior del generador.

• Cojinete de empuje y guía del generador.

• Sistema de enfriamiento cojinete de empuje y guía del generador.

• Detector de temperatura aceite y metal cojinete guía y empuje del

generador.


2.5.5.1 Rotor

Es un gran electroimán, construido por una estructura de hierro de forma

circular, con polos salientes y laminaciones para reducir las pérdidas por

corrientes parásitas. Su periferia está formada por láminas superpuestas, se

le denomina inductor.

Posee una estructura interna llamada araña, la cual está conformada por un

cubo central y secciones externas soldadas conjuntamente para formar la

estructura básica del rotor, tal como se presenta en la figura 2.4.

La araña provee soporte a los 64 polos y transmite el torque a la sección de

fondo de la corona mediante chavetas, a su vez permite dirigir el flujo de aire

a los ductos del bastidor del estator.

33

Figura 2.4 Corte transversal del rotor

El rotor cuenta con amortiguadores de vibración, colocados en las cavidades

interpolares (entre polos), que tienen como finalidad contrarrestar los efectos

de vibración propios del rotor, éstos amortiguadores de vibración son de igual

número que los polos.

• Polos: son piezas en forma rectangular colocadas en la periferia del rotor y

conectadas en serie. Están formados por un núcleo de hierro laminado y

bobinas de cobre. Es donde se crea la fuerza electromotriz inductora

cuando se le inyecta tensión de corriente continua.

• Devanado de amortiguamiento: son barras de cobre puestas dentro de

unas ranuras talladas en la cara de los polos del rotor y luego

cortocircuitadas en cada extremo de los polos por una barra de cobre.

Cada polo está provisto de un amortiguador para el devanado, el cual

tiene como finalidad amortiguar las oscilaciones que se presenten en la

unidad durante sus condiciones de operación. Cuando ocurre una

variación en el sincronismo del campo magnético del rotor y el campo

magnético del estator por oscilaciones en el sistema, el rotor

Araña

34

momentáneamente se acelerará o frenará, y a éstos cambios se opondrá

el devanado amortiguador. Los devanados amortiguadores contribuyen a

la estabilidad total del sistema de potencia, reduciendo la magnitud de los

transitorios de par y potencia.

• Barras de corriente continua: son 2 barras, una positiva (+) y una negativa

(-), salen desde el cubículo de excitación y van hasta los anillos rozantes

del generador. Se encargan de llevar la tensión de excitación del

generador.

• Anillos rozantes: la unidad del colector o toma de corriente consiste en 2

anillos de acero aislados eléctricamente, uno positivo (+) y uno

negativo (-), ubicados dentro de la ménsula y por encima del cojinete guía

superior del generador, sobre un eje de soporte al colector montado en

forma integral junto con la araña del rotor. Se encargan de recoger la

tensión que proviene del cubículo de excitación para suministrar corriente

continua a los polos del rotor. En la parte frontal de los anillos se han

grabado rendijas en espiral con los siguientes propósitos:

a) Mantener limpia la cara de contacto de las escobillas fomentando así

el desarrollo de una corriente de distribución uniforme sobre la cara de

la escobilla.

b) Propiciar el enfriamiento de la superficie.

La excitación de campo es suministrada a los anillos a través de la unidad del

aparejo de escobillas del colector, la cual queda ajustada por las escobillas

colectoras de carbón en cajas sometidas a fuerza constante.

35

• Escobillas: son piezas que sirven para mantener el contacto entre los

conductores y el rotor para la entrada y salida de corriente. Son 45,

colocadas en cada anillo colector, positivo y negativo, en unidades

impares y 51 en unidades pares. Las escobillas tienen contacto con los

anillos colectores para dar paso a la tensión de excitación del generador.

2.5.5.2 Estator

También llamado devanado de armadura, es el inducido del generador; está

formado por láminas superpuestas, tiene forma de circunferencia, con un

diámetro de 16,6m; 552 ranuras para unidades impares y 624 ranuras en las

pares.

El estator absorbe el flujo magnético producido por el rotor. Consiste de un

bastidor, un núcleo y un devanado.

• Bastidor: manufacturado a partir de planchas de acero, requiere de

ménsulas individuales para anclaje a los cimientos. El aire de enfriamiento

proveniente del rotor es forzado a través de los ductos hacia los 12

enfriadores de aire superficiales alrededor de la periferia del bastidor y

luego es recirculado a través del rotor.

• Núcleo laminado: se apila en pestañas de cola de pato, las cuales van

soldadas al bastidor del estator. Los ductos radiales de enfriamiento en el

núcleo están distribuidos equitativamente desde el tope hacia el fondo del

núcleo apilado.

• Devanado del estator: está formado por barras aisladas en las ranuras del

núcleo del estator, unidas en los extremos para formar bobinas de una

sola vuelta y quedar cortadas a las correspondientes correas de fase

36

mediante conectores sólidos aislados de cobre (torones) arreglados en

forma de barras rectangulares. El devanado del estator está equipado con

12 detectores de temperatura (RTD) localizados entre la barra superior e

inferior del estator, en las ranuras del estator, los cuales supervisan las

temperaturas de la barra del estator. Además, está equipado con un

conjunto de termostatos que tienen como función activar la protección del

sistema contra incendio del generador (CO2) cuando ocurra un aumento

de la temperatura a 105°C. Son 12 termostatos para las unidades pares y

24 para las impares, colocados sobre el bastidor del estator, de los cuales

la mitad están colocados sobre el bastidor y la otra mitad en cada ranura

de enfriadores superficiales del generador. Los conductores de cobre

trenzado se llevan hasta suficiente proximidad protegiéndose con

aislamiento trenzado y acodándose en el espacio determinado, formando

de ésta manera un punto de cruce. Se conducen luego en espiral, todos

juntos para formar una barra rectangular, quedando moldeada con mayor

compacticidad, se colocan 2 barras por cada ranura. Éste método de

transposición de conductores minimiza las pérdidas de circulación en el

cobre.

El estator cuenta con nueve deshumificadores localizados alrededor de la

periferia del marco del estator, donde su función es prevenir que ocurra

condensación dentro del generador cuando la unidad está parada.

2.5.5.3 Cojinetes del Generador

El generador está compuesto por dos unidades de cojinetes individuales y

separados, un cojinete de guía superior del rotor y un cojinete de guía y

empuje, o combinado, del rotor.

Cada una de las unidades del cojinete es auto-contenida y está provista de

un reservorio de aceite y de intercambiadores de calor aceite-agua.

37

La energía potencial de la presa debido al nivel de altitud del agua llega en

forma de energía cinética al rodete de la turbina, produciéndose una potencia

mecánica de entrada, la cual transmite al generador a través del eje del

mismo, es de hacer notar que el eje produce vibraciones y movimiento al

girar, por lo tanto es necesario conectar un cojinete guía de la turbina (CGT),

cojinete guía combinado (CGI) y el cojinete guía superior (CGS). El cojinete

guía combinado se muestra en la figura 2.5 para su mejor apreciación.

Figura 2.5 Cojinete guía combinado del generador

Poseen unas pastillas especiales que rozan con el eje, el cual tiene una

mínima película de aceite, con ésto el eje del conjunto permanece

verticalmente estable. Es necesario calcular las pérdidas de cada cojinete

como parte de las pérdidas totales del generador.

• Cojinete guía superior: es un cojinete segmentado de 14 piezas para las

unidades impares y 16 para las pares, de forma circular, las cuales van

colocadas en la periferia del eje superior y reposa sobre una superficie

pulida de presión sobre el eje. Son de acero con superficie de antifricción

(babbit) de corrimiento, provista de ranuras con aceite de lubricación, el

cual descansa sobre anillos aislados colocados en la ménsula superior del

38

generador previniendo el flujo de corriente desviadas a través de las

partes del generador. Su objetivo es soportar los movimientos axiales que

se producen en el eje para que la misma permanezca centralizada.

• Cojinete de empuje y guía inferior (combinado): los cojinetes son

dispositivos mecánicos que según su función y construcción son de dos

tipos, soporte o empuje y guía. El cojinete de soporte o empuje por su

característica es el encargado de soportar toda la masa rodante de la

unidad como es el rodete (138 Ton), el rotor (1200 Ton), eje turbina

generador (120 Ton), eje superior del generador (21 Ton) y los anillos

colectores del circuito de excitación (30 Ton) y el empuje hidráulico de la

turbina. Está constituido por 24 zapatas de metal antifricción (babbit), las

cuales descansan sobre 96 resortes tipo espiral precomprimidos. Las

pastillas están sumergidas en un cárter de aceite cuyo volumen es de

16.000 lts para las unidades impares y 21.000 lts para las pares.

El cárter tiene forma circular con un volumen de aceite de 2.000 lts para

unidades impares y 600 lts para las unidades pares; es enfriado por agua

mediante dos serpientes.

• Ménsula superior del generador: es la estructura metálica que tiene forma

circular cuya finalidad es soportar el peso del cojinete guía superior del

generador, anillos rozantes, generador de imanes permanentes, vigas,

tapas, entre otros.

El cojinete guía inferior del generador es un conjunto de pastillas que tienen

forma circular, van colocadas en la periferia del anillo del eje del generador,

en las unidades impares son 34 pastillas y en las pares 26, las cuales son

lubricadas con el mismo aceite del cojinete de empuje por fuerza centrífuga.

39

Cuando la unidad está funcionando el cojinete guía tiene la función de evitar

los movimientos radiales de la unidad para que permanezca centralizada.

• Ménsula inferior del generador: es la estructura metálica que tiene forma

de estrella, su finalidad es soportar el peso de la unidad rodante.

2.5.5.4 Generador de Imanes Permanentes (PMG)

Es un generador de imanes que está acoplado a un eje (rotor) y gira a la

velocidad de la turbina, induciendo una tensión en el estator. Ésta tensión

varía de acuerdo a la velocidad de la turbina y se utiliza para activar al

solenoide del actuador (20AS), que es el encargado de actuar a la válvula

piloto del gobernador, para poner en servicio el gobernador de velocidad, que

a su vez se encarga de ordenar a los servomotores de cierre o apertura de

las paletas, para mantener girando la turbina a velocidad constante.

2.5.6 Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri [2]

2.5.6.1 Ubicación

Nave de generadores entre las elevaciones 128,30 mts y 137,50 mts, entre

las galerías aguas abajo y aguas arriba de la Casa de Máquinas II.


Los generadores de la Casa de Máquinas II se dividen en dos grupos,

unidades pares y unidades impares, esto se debe a la casa fabricante de las

mismas tal como se aprecia en la tabla 2.5:

40

Tabla 2.5 Fabricantes de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri

UNIDADES PARES UNIDADES IMPARES Generador N° Fabricante Generador N° Fabricante

12 11 Mitsubishi 14 13 Toshiba 16 15 Hitachi 18 17 Siemens 20

Canadian General Electric

19 Toshiba

Las características eléctricas principales de los generadores impares se

presentan en la tabla 2.6.

Tabla 2.6 Características de los Generadores impares de la Casa de Máquinas II Planta Guri

TIPO Semi – Paragua SERVICIO Continuo

Nominal 700 MVA POTENCIA

Máxima 805 MVA VELOCIDAD NOMINAL 112,5 r.p.m. NÚMERO DE POLOS 64

Nominal a 700 MVA 22.453 Amp CORRIENTE

Nominal a 805 MVA 25820 Amp VOLTAJE DE EXCITACIÓN 500 V

CORRIENTE DE EXCITACIÓN 2.575 Amp FACTOR DE POTENCIA 0,9

FRECUENCIA 60 Hz AMPERIOS DE CAMPO 2575

Las unidades pares poseen las mismas características presentadas en la

tabla anterior, sin embargo se diferencian en dos aspectos, éstos se

presentan en la tabla 2.7 para mejor entendimiento.

41

Tabla 2.7 Características de los Generadores pares de la Casa de Máquinas II Planta Guri

POTENCIA 700 MVA 805 MVA

VOLTAJE DE EXCITACIÓN

400 V 450 V

CORRIENTE DE EXCITACIÓN

2700 Amp 2930 Amp

Las dimensiones generales y el peso del rotor, estator y el eje se resumen

en la tabla 2.8.

Tabla 2.8 Dimensión y peso de los componentes principales de los Generadores de la Casa de Máquinas II Planta Guri

DIÁMETRO [mts] PESO [Ton] ALTO [mts] ROTOR 13,6 1200 (sin eje) 4,0

ESTATOR 16,6 740 6,1 EJE 2,75 90 * * *

2.5.6.3 Fuente de Alimentación

La fuente de alimentación proviene inicialmente del tablero UADS-D

respectivo con tensión de 480 VAC, la cual se reduce e invierte a 230 VDC

por medio de los diferentes elementos de la excitatriz. Cuando el generador

es excitado y alcanza una tensión de 12 a 13 kV, ésta fuente de alimentación

sale de servicio y pasa a ser autoalimentado desde el mismo generador a

través del transformador de excitación.

El circuito de control es alimentado con 125 VDC desde el tablero de

distribución, ubicado en el tablero UCS.

42

2.6 CONEXIÓN EN PARALELO DE GENERADORES ELÉCTRICOS [6]

La conexión en paralelo de generadores eléctricos ofrece confiabilidad en el

servicio suministrado, no obstante para que ésta maniobra no represente

peligro al sistema de potencia se deben cumplir las condiciones que se

enumeran a continuación:

1. Igual secuencia de fases.

2. Igual frecuencia.

3. Igual tensión en los bornes de conexión.

4. Instante de sincronismo.

2.6.1 Igual Secuencia de Fases

Ésta condición es permanente y se verifica generalmente la primera vez que

se conecta en paralelo el generador. Físicamente ésta condición implica que

los campos magnéticos giratorios giren en el mismo sentido, de tal manera

que se produzca el mismo desfase de f.e.m. inducida en ambos lados de la

conexión a realizar.

2.6.2 Igual Frecuencia

Ésta condición debe ser tan exacta como sea posible y se verifica en cada

conexión, independientemente de que se haya realizado la primera vez, esto

se realiza a través de frecuencímetros conectados en cada una de las

máquinas, en caso de ser diferentes se regula la velocidad del generador.

43

2.6.3 Igual Tensión

Implica igualdad de tensión en los bornes a conectar, y se verifica a través de

voltímetros conectados en ambas máquinas, en caso de ser diferente se

regulará la excitación del generador que se está conectando en paralelo.

2.6.4 Instante de Sincronismo

Es el instante en que se debe cerrar el interruptor de conexión en paralelo, lo

cual ocurre cuando la sinusoide de tensión de cada máquina coincide en

magnitud y fase, dicho instante puede determinarse en forma manual o

automática.

2.6.5 Conexión en Paralelo de los Generadores de Planta Guri

El proceso de sincronización en Planta Guri puede realizarse de dos

modalidades:

a) Manual: no recomendada por el peligro que ésta representa al sistema

de potencia. Los parámetros necesarios para la sincronización son

verificados por el operador en el Patio de Distribución y es éste quien

da la orden de cierre del interruptor.

b) Automático: el sincronizador es el encargado de verificar los

parámetros necesarios para la conexión en paralelo y quien da la orden

de cierre del interruptor.

En el Patio de Distribución de planta Guri se encuentra un sincronizador para

cada una de las unidades generadoras instaladas en ambas Casas de

Máquinas, por medio de éstos se realiza la conexión en paralelo de las

44

unidades. Por ser la unidad generadora en estudio la N° 15, se describe a

continuación tanto los pasos de preparación previos, como el funcionamiento

de los sincronizadores de las unidades N° 11 a 20 (ver Anexo 2.a,

HGSO-325-014).

En el Patio de Distribución se debe tener el seccionador de tierra del

generador abierto, el seccionador de línea del generador cerrado, la bahía de

la unidad abierta y disponible el interruptor de barra.

Para el proceso de sincronización de una unidad generadora se debe tener la

máquina girando, excitada y en control automático en el tablero UCS.

En casa de mando del Patio de Distribución de 800 kV se encuentra un

selector de sincronización identificado como C-25, el cual tiene tres (03)

posiciones: manual, fuera y auto.

Pasando el selector a la posición AUTO, en el C-25 del interruptor

seleccionado para la sincronización automática, se energiza un relé auxiliar

de función de sincronización automática identificado como 25Y-A, el cual se

encuentra ubicado en el circuito de selección de sincronización; una vez

energizado, dicho relé manda a cerrar dos contactos auxiliares, al cerrarse el

primero de ellos se energiza un relé auxiliar repartidor de tensión

sincronoscopio - casa de mando identificado como 25X-3 y el segundo

contacto auxiliar predispone al circuito de inicio o arranque del sincronizador.

El relé 25X-3 al quedar energizado manda a cerrar y abrir unos contactos

auxiliares, ubicados en el circuito de repartición de las tensiones, para así

llevar las señales de tensiones de línea del generador y barra, provenientes

del circuito de llegada y repartición de las tensiones hacia el sincronoscopio

de casa de mando.

45

Una vez que el operador del Patio de Distribución da la orden de arranque al

sincronizador del interruptor desde el tablero mosaico, identificado como C-

52 para la sincronización automática, ubicado en el circuito de inicio y

arranque del sincronizador, como éste circuito se encontraba ya

predispuesto, se energizan los relés auxiliares función sincronización

automática, identificados como 25X5-1 y 25X5-2, que una vez energizados

cierran y abren unos contactos auxiliares ubicados en el circuito de camino

de tensiones hacia el sincronizador, llegando de ésta manera las señales de

tensiones de línea del generador y barra al sincronizador automático

identificado como 25, y también cierra y abre otros contactos auxiliares

ubicados en el circuito de polaridad para el sincronizador automático y así

predisponer la energización del relé 25X-1, el cual es un relé auxiliar de

cierre automático; una vez que el sincronizador automático a través del

equipo de control de tonos (C.T.E.) del Patio de Distribución y Casa de

Máquinas II verifiquen las señales de barra y tensión, y estando dichas

señales óptimas para el sincronismo, se energiza el relé (25X-1) y manda a

cerrar un contacto auxiliar en el circuito de cierre del interruptor, quedando

así culminado el proceso de sincronización automática.

En caso de que la llave sea retirada una vez se inicia el proceso de

sincronización de la unidad, el mismo continua, ya que en el circuito de inicio

del sincronizador existen contactos cerrados del relé 25X5-2 que mantienen

los contactos del circuito de sincronización.

Para que no se cumpla el proceso de sincronización se debe cumplir que las

condiciones de sincronismo no sean las adecuadas y pase el tiempo

reglamentario, que es de cinco (05) minutos y está supervisado por un relé

temporizado de sincronización, ubicado en el circuito de inicio o arranque del

sincronizador e identificado como 25-T, el cual manda a cancelar el proceso

46

cuando pasa el tiempo reglamentario, teniendo que darse una nueva orden

de arranque al sincronizador para que el proceso se reinicie.

47

CCaappííttuulloo IIIIII AAnntteecceeddeenntteess ddee llaa

UUnniiddaadd NNºº 1155 ddee CCMMGG--IIII 3.1 INTRODUCCIÓN

En el año 1985 inicia la operación comercial la unidad generadora Nº 15 de

la Casa de Máquinas II de Planta Guri. El presente capítulo ofrece al lector la

posibilidad de detallar por año, tanto las anomalías, como los trabajos

resaltantes del generador en estudio, de ésta forma puede crearse un

bosquejo más claro de la situación actual de la unidad.

Es importante señalar que la información recopilada fue extraída de las

bases de datos del Sistema de Información de la Hidroeléctrica Guri (SIHG) y

del Sistema de Administración de Operaciones (SAO).

3.2 HISTORIAL [5]

3.2.1 Año 1991

• Durante una parada por mantenimiento de extensión del forro del tubo

aspirador, y modificación del cono del rodete, por inspección visual se

observó desplazamiento en algunos paquetes laminados del estator.

48

3.2.2 Año 1992

Las anomalías reportadas y los trabajos realizados no son relevantes para la

investigación de la situación actual del generador.

3.2.3 Año 1993

• El interruptor Z1520 falla en el Patio de Distribución, manteniendo la

unidad conectada al sistema de potencia a través de la fase “C”, momento

en el cual se decide desexcitar la unidad, incurriendo así en una

operación no segura, hecho que conllevó a una activación del Paro

Eléctrico por actuación de la protección de Discordancia de Polos en Casa

de Máquinas. La situación descrita originó altas corrientes que generaron

elevadas temperaturas, ocasionando daños en:

a) Aislamiento de los polos del rotor.

b) Laminado del estator.

c) Resistencias de descarga de campo de la excitatriz.

d) Bobinado del estator.

e) Desplazamiento entre las secciones Nº 4 y 5, Nº 4 y 3, Nº 6 y 1, de

la carcasa del estator.

La primera lámina del primer paquete de la carcasa del estator, frente a

las uniones de las secciones mencionadas, se encontraron desajustadas y

con vestigios de oxidación.

• Revisión general y cambio de la fase “C” del seccionador Z1593, de la

línea a Patio de Distribución de 800 kV, ésta fue calibrada con respecto a

las fases “A” y “B”.

49

3.2.4 Año 1994

• En enero se inicia el cambio de las 552 barras estatóricas delanteras,

trabajo que culmina en enero de 1996.

• Los especialistas de Hitachi, de acuerdo a resultados obtenidos en las

pruebas de EL CID, detectan daños con pérdidas parciales de material en

algunos paquetes laminados del estator.

• Según procedimiento especificado por los especialistas son reparados los

paquetes laminados dañados.

• Se realizan pruebas de LOOP con la finalidad de detectar puntos calientes

en el núcleo del estator.

3.2.5 Año 1995

• Se realiza modificación en las uniones entre las secciones que conforman

la carcasa del estator soldando planchas de refuerzo.

• Una vez finalizada la reparación del núcleo del estator son realizadas

nuevamente pruebas de LOOP verificando la efectividad de la misma.

3.2.6 Año 1996

• Una vez finalizada las reparaciones de la unidad, ésta entra en servicio

nuevamente en marzo.

• Se realizan pruebas de alto potencial DC controlado por fase “A”, las

mismas arrojan resultados satisfactorios.

50

• Se efectúan pruebas de calentamiento con carga, llevando la unidad a

potencia nominal escalonadamente, la misma arroja resultados

satisfactorios.

3.2.7 Año 1997

• La excitatriz es revisada por presentar ruido anormal en su

funcionamiento, ésta revisión constó de varias pruebas, tales como: bajar

y subir potencia, así como conectar y desconectar el estabilizador de

potencia. Dichas pruebas no mostraron variación de parámetro alguno y el

equipo se dejó funcionando normalmente.

• Con la finalidad de comenzar una investigación que determinara el origen

de la anomalía al momento de la sincronización, se realizan pruebas y

registro de parámetros eléctricos en el Tablero UCS. También es

registrada en la excitatriz la tensión de campo, tensión del generador y

potencia reactiva al momento de la sincronización.

• En febrero es realizado un registro de armónicos de tensión y corriente

con el propósito de analizar los resultados posteriormente, dicho informe

no ha sido aún concluido.

• En julio se realiza inspección visual los paquetes superiores e inferiores

del laminado estatórico, en la misma se observa desprendimiento de

pintura.

• Son inspeccionados los cabezales superiores e inferiores de las bobinas,

el transformador de corriente, las salidas de fase, cabezales de polos y

llanta del rotor. Todo es encontrado en normal estado.

51

3.2.8 Año 1998

• En el tablero duplex del Patio de Distribución de 800 kV se realizan

pruebas de sincronización en vacío, encontrando falso contacto en el relé

25XCS, impidiendo la llegada de la tensión línea del generador al

sincronizador, éste contacto es intervenido y normalizado.

• En el monitor de temperatura del Tablero UCS es revisado el AN-80

(temperatura devanado de la fase “A”), encontrándose variaciones desde

campo. El trabajo de chequeo fue realizado a nivel del detector.

3.2.9 Año 1999



3.2.10 Año 2000



3.2.11 Año 2001

• En julio de éste año es reportado nuevamente el ruido fuerte que se

escucha del generador al momento de su sincronización al sistema de

potencia.

3.2.12 Año 2002



52

3.2.13 Año 2003



3.2.14 Año 2004

• A principio de año, al sincronizar, la unidad tomó más de 70 MVAR

bajando seguidamente la carga.

• El 9 de noviembre ocurre una falla a tierra en el núcleo del estator, por

inspección visual se determina que las bobinas que ocasionaron ésta falla

son la N° 397 y la N° 529.

53

CCaappííttuulloo IIVV PPrroottooccoolloo ddee PPrruueebbaass

ddee IInnvveessttiiggaacciióónn 4.1 INTRODUCCIÓN

C.V.G. EDELCA exige a los departamentos que requieran realizar alguna

prueba sobre los diferentes equipos, la presentación del procedimiento,

llamado también protocolo, a seguir durante la aplicación de las mismas, ésto

con la finalidad de garantizar tanto la seguridad del personal como de los

mismos equipos. La presente investigación incluyó la realización de una serie

de pruebas, el siguiente capítulo explica los diferentes tópicos que se tienen

presentes en la elaboración del protocolo en cuestión.

4.2 VARIABLES DE ESTUDIO

4.2.1 Vibración [6, 8]

Aunque los principios de la vibración fueron descubiertos desde hace

décadas, éstos no fueron aplicados en la industria sino hasta principios de

los años 60. La iniciativa para aplicación de éstos estudios surgió de la

Armada Naval de los Estados Unidos de Norte América, de la industria

petroquímica y de las plantas nucleares de generación de energía.

54

Cada máquina que esté fallando, no importa si ésta falla es de naturaleza

mecánica o eléctrica, genera vibraciones a una específica frecuencia,

muestra de ello es el desbalanceo, que ocurre a una frecuencia de valor igual

a la velocidad de rotación de la flecha, ésto es porque el punto de

desbalanceo del rotor pasa a través del sensor de vibración, una vez por

cada revolución de la flecha.

De forma similar, otras frecuencias que son leídas a través de los

instrumentos, corresponden a otro tipo de fallas comunes como:

desalineamiento, cavitación, deformación y/o desajuste de cojinetes, entre

otros.

Los parámetros con los que se cuenta en la actualidad para determinar los

niveles aceptables de vibración, provienen de tablas de los fabricantes del

equipo y tablas de normatividad, como lo es la International Organization for

Standarization (ISO) [9], ésta se presenta en el anexo 4.a para su estudio en

caso de ser necesario.

4.2.2 Aislamiento [7, 14, 16, 17, 18]

El análisis de descargas parciales es el método más popular para la prueba

en línea del aislamiento de motores y generadores. El análisis de descargas

parciales se ha convertido en un estándar en todo el mundo para la mayoría

de las empresas suministradoras de energía eléctrica y grandes industrias.

Las descargas parciales son chispas debido al flujo de electrones cuando un

pequeño volumen de gas se rompe dieléctricamente. Ésta ocurre en

intersticios dentro del mismo aislamiento eléctrico o adyacente al aislamiento

de estatores de alta tensión. El término parcial es usado ya que existe un

55

aislamiento sólido, tal como mica epóxica en serie con el intersticio, lo cual

previene una ruptura completa.

Las descargas parciales son a menudo el resultado del daño causado por

otras fuerzas térmicas, mecánicas y químicas, actuando en el devanado del

estator. El desarrollo progresivo de éstas descargas es el mayor síntoma de

deterioro del aislamiento, contribuyen también al envejecimiento del sistema

dieléctrico de las máquinas erosionando o deteriorando el aislamiento.

La ocurrencia de descargas parciales en sólidos trae como consecuencia la

destrucción del material aislante debido al bombardeo de las partículas

cargadas, pudiendo alterar la estructura molecular, y de aparecer ácido

nítrico, la destrucción del aislamiento por oxidación.

En las fotografías que se presentan a continuación (figura 4.1) se pueden

observar éstas consecuencias, producto de las elevadas temperaturas

sufridas por el estator en la falla a tierra ocurrida el martes 09 de septiembre

del 2004.

Figura 4.1 Daños apreciables del estator unidad N° 15 de CMG-II

56

Si bien el análisis de descargas parciales permite determinar el estado del

aislamiento la pregunta que surge es cómo saber qué tipo de descarga

presenta la gráfica obtenida, para ello existe una serie de patrones por los

cuales se realizan comparaciones, y conjuntamente con la experiencia, se

establece el tipo de descarga que presenta la unidad, éstos patrones se

presentan en la tabla 4.1 junto a su respectiva descripción.

Tabla 4.1 Patrones de Descargas Parciales obtenidos en pruebas de Laboratorio

TIPO DE DESCARGA PARCIAL

PATRÓN DESCRIPCIÓN

Descargas internas

Estas descargas ocurren en el seno o muro del aislamiento del devanado

dentro de huecos o cavidades existentes.

Descargas de corona

Estas descargas ocurren en los extremos o cabezales del devanado, específicamente en la junta de la pintura semiconductora y la pintura

gradiente (o anticorona).

Descargas barra a barra

Estas descargas ocurren en los extremos del devanado entre dos barras de diferente fases y alto voltaje cuando la distancia es

demasiado pequeña o entre una bar de alto voltaje y una cercana al

neutro.

57

Descargas de ranura

Estas descargas toman sitio entre el laminado del núcleo magnético del estator y la superficie de las barras de bobinas dentro de la ranura.

Descargas superficiales

Estas descargas toman sitio en los extremos (o cabezales) del devanado originado por sucio

(o contaminación) o por una mala graduación de la pintura anticorona.

4.2.3 Corriente y Tensión [6, 7, 8]

La forma de onda de la corriente y la tensión proveniente del generador, es

un parámetro de gran importancia para el buen funcionamiento de la unidad.

Cuando éstas ondas presentan distorsión el proceso de sincronización al

sistema de potencia puede verse afectado, recordemos las cuatro

condiciones para la conexión en paralelo de generadores: igual secuencia de

fase, igual tensión de barra, igual frecuencia e instante de sincronismo.

La presencia de armónicos no deseados en la forma de onda no permite al

sincronizador automático un óptimo desempeño puesto que las magnitudes y

fases no coinciden como deberían.

El Ing. Pedro Mora en su libro, “Máquinas Sincrónicas: diseño, operación y

funcionamiento”, hace referencia a la pureza de onda que se puede obtener

58

de un generador de acuerdo al diseño implementado por el fabricante. La

unidad generadora en estudio fue diseñada para obtener una sinusoide

limpia y continua, sin embargo ha sufrido fallas que han afectado su

estructura física desde la puesta en servicio comercial, es por ello que surge

la necesidad del estudio de éstas ondas, obteniendo así mayor información

para analizar por parte del generador.

4.2.4 Potencia Activa y Potencia Reactiva [6, 7, 8]

Cuando un generador es conectado a un sistema de potencia la tensión y la

frecuencia permanecen inalterables ante cualquier variación que pueda

producir la máquina conectada, por lo tanto podrá absorber o proporcionar

potencia activa o reactiva.

La tensión y la frecuencia son controladas por el sistema al cual se está

conectado, por tal motivo la frecuencia de conexión de la máquina debe ser

ligeramente superior a la de la red de conexión, con la finalidad de que se

consiga el instante de sincronismo.

Cuando funciona como generador suministrando activos a la carga, cualquier

aumento de la potencia mecánica producirá mayor potencia activa y un

aumento del ángulo par. Físicamente se producirá un adelanto de la posición

del rotor respecto a su posición de referencia, si la carga permanece

constante, la potencia restante será absorbida por la barra infinita, la cual por

definición estará en capacidad de absorberla.

De igual manera, la tensión a conectar será la tensión de la barra, como ésta

viene impuesta por la red, y existe potencia aparente aportada por la

máquina, la misma presentará en éstas condiciones una corriente con factor

de potencia en adelanto, en consecuencia absorberá reactivos de la red, por

59

lo tanto debe elevarse la tensión suministrada al campo excitador por medio

del regulador de tensión, con la finalidad de que pueda suministrar reactivos.

La medición de éstos parámetros permite la observación del comportamiento

de la unidad, bien sea en el aporte o absorción de potencia, tomando en

consideración el precedente de que la máquina en varias oportunidades

consumía valores considerables de potencia reactiva al momento de la

sincronización, hecho que no ocurría en otras unidades de la Casa de

Máquinas.

4.3 PROTOCOLO DE PRUEBAS

4.3.1 Justificación

Fundamentados en la búsqueda del mejoramiento continuo que lleva a cabo

C.V.G. EDELCA, el Departamento de Operaciones Guri luego de una serie

de reuniones, y en consulta con su personal, toma la decisión de que en caso

de realización de pruebas que puedan afectar al sistema de potencia, sobre

equipos de alguna de sus Casas de Máquinas, el responsable del trabajo

debe presentar ante la Sección de Planificación y Coordinación de éste

departamento, el procedimiento por escrito, llamado también protocolo de

prueba.

En caso de que las pruebas a realizar involucren la participación de varios

departamentos, éstos deben realizar sus trabajos bajo la figura del solicitante

principal, de ésta manera la coordinación y realización de la tarea será lo

más fructífera posible.

El responsable de la prueba se limitará a realizar la tarea descrita en el

procedimiento presentado y en caso de requerirse una maniobra adicional

60

deberá consultar con el supervisor de guardia, de ésta forma no se arriesga

la seguridad del personal así como la de los equipos.

4.3.2 Descripción

Como ya fue explicado el responsable del trabajo será el encargado de la

elaboración del protocolo de prueba en cuestión; para la investigación en

desarrollo, el mismo fue estructurado con la colaboración del Departamento

de Investigaciones y Pruebas de Generación de C.V.G. EDELCA, sin

embargo éste debe estructurar el mismo de acuerdo a las condiciones

exigidas por el Departamento de Operaciones Guri, los cuales solicitan que

cada protocolo incluya:

A.- Objetivo

B.- Requerimientos

C.- Descripción de las pruebas

D.- Procedimiento

E.- Normas aplicables

F.- Esquema de medición

G.- Lista de instrumentos

H.- Cálculos

I.- Mediciones

J.- Observaciones

K.- Resultados

L.- Conclusiones

El anexo 4.b presenta el protocolo elaborado para las pruebas realizadas el 8

de noviembre de 2004, en el mismo se pueden detallar las condiciones

nombradas, sin embargo, los puntos I, J, K y L fueron desarrollados de

manera independiente para cada una de las pruebas por decisión en

61

conjunto de Departamento de Operaciones Guri y el Centro de

Investigaciones Aplicadas (CIAP).

4.3.3 Aplicación

El sábado 6 de noviembre de 2004 bajo el permiso de trabajo N° 315592 fue

instalada la instrumentación para la elaboración de las pruebas. Los

sensores de vibración fueron dispuestos en el núcleo del estator del lado

aguas abajo y aguas arriba de la unidad, en la figura 4.2 se observan los

sensores utilizados así como los trabajos realizados para su instalación.

Figura 4.2 Instalación de sensores de vibración, pruebas unidad N° 15, CMG-II

62

Los instrumentados utilizados para la medición de tensión, los transductores

de potencia activa y potencia reactiva y las resistencias shunt para la

medición de las corrientes de fase fueron instalados en la cikura del UCS de

la unidad (por medio de la cikura de logra la instalación de instrumentos de

medición para pruebas en caliente), ésta labor fue realizada bajo el mismo

permiso de trabajo con el cual se instalaron los sensores de vibración. En las

siguientes fotografías (figura 4.3) se puede detallar el UCS, la cikura del UCS

y los equipos instalados.

Figura 4.3 Instalación de equipos en la cikura del UCS, pruebas unidad N° 15, CMG-II

63

En éste punto es necesario resaltar que debido a las condiciones dinámicas

del sistema no fue posible realizar las pruebas que se tenían previstas

durante el proceso de sincronización y posteriormente variando la carga de la

unidad, los resultados obtenidos que se presentan en el Capítulo V

corresponden a los registros de la unidad en condición de máxima carga.

64

CCaappííttuulloo VV RReeggiissttrroo yy

AAnnáálliissiiss ddee DDaattaa 5.1 INTRODUCCIÓN

La importancia de la toma de registros se encuentra precisamente en el

análisis que se les realice, por tal motivo se presenta el siguiente capítulo, en

el cual el lector tendrá la oportunidad de observar los resultados obtenidos de

los diferentes parámetros de estudio en las pruebas realizadas el 8 de

noviembre de 2004 a la unidad N° 15, así como el estudio realizado a los

mismos.

5.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS

5.2.1 Vibración

A continuación se presentan las gráficas en el tiempo, y su respectivo

análisis de frecuencia, para un mejor entendimiento, y por consiguiente un

acertado análisis.

La figura 5.1 presenta los resultados obtenidos de la prueba de aceptación

de la unidad N° 17 de la Casa de Máquinas II de planta Guri en el mes de

julio de 2004, con una condición de salida del generador de 654 MW.

65

10 11 12 13 14 15 0 100 200 300 400 500

10 11 12 13 14 15-5

0

5vib radial nucleo

m/s2

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

1.5

2

2.5FFT vib radial nucleo

m/s2 (p-p)

10 11 12 13 14 15-5

0

5vib vert nucleo

m/s2

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

1.5

2FFT vib vert nucleo

m/s2 (p-p)

10 11 12 13 14 15-5

0

5vib tang nucleo

m/s2

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

1.5

2FFT vib tang nucleo

m/s2 (p-p)

10 11 12 13 14 15-5

0

5vib radial carcaza

seg

m/s2

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

1.5

2FFT vib rad carcaza

m/s2 (p-p)

Hz

Figura 5.1 Vibraciones en carcasa y núcleo del generador N° 17, CMG-II

La figura 5.1 se presenta con la finalidad de servir como referencia con los

resultados obtenidos el 8 de noviembre de 2004, en las pruebas realizadas a

la unidad en estudio (unidad N° 15); éstos resultados se observan en la

figura 5.2, que al igual que en el caso, anterior presenta, tanto el

comportamiento en el tiempo como en la frecuencia, en ésta oportunidad la

condición de salida del generador fue de 687 MW, como se puede apreciar

ambas salidas de los generadores son cercanas, lo que permite una

comparación fiable.

66

0 2 4 6 8 10-10

-5

0

5

10vib. nucleo rad aguas abajo

m/s2

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

1.5

2FFT nucleo rad aa

m/s2 (p-p)

0 2 4 6 8 10-10

-5

0

5

10vib. nucleo vert aguas abajo

m/s2

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

1.5

2FFT nucleo vert aa

m/s2 (p-p)

0 2 4 6 8 10-5

0

5vib. nucleo radial Aguas Arriba

m/s2

0 100 200 300 400 5000

1

2

3

4

5FFT nucleo radial AA

m/s2 (p-p)

0 2 4 6 8 10-10

-5

0

5

10vib. nucleo vertical Aguas Arriba

m/s2

seg0 100 200 300 400 500

0

1

2

3

4FFT nucleo vertical AA

m/s2 (p-p)

Hz

Figura 5.2 Vibraciones en carcasa y núcleo del generador N° 15, CMG-II

67

De las gráficas presentadas se puede decir que:

• Las gráficas en el tiempo, en dirección radial y vertical, correspondientes a

la unidad N° 15 presentan valores que duplican, en promedio, a las

mismas medidas sobre la unidad N° 17.

• En el caso de los componentes de frecuencia, se puede observar que para

el caso de la unidad N° 17, existe una clara definición de la componente

de 120 Hz, frecuencia fundamental para las vibraciones en el núcleo, y los

espectros en general se presentan bastante despejados. Por el contrario,

en el caso de la unidad N° 15, se puede apreciar la presencia de múltiplos

de la frecuencia de 120 Hz, ésto podría indicar, cierto aflojamiento en las

partes que conforman el núcleo.

• La empresa canadiense Hydro-Québec, haciendo uso de

recomendaciones establecidas en sociedades internacionales como la

CIGRE (International Council on Large Electric Systems), maneja el valor

de 11,40 m/s2 como alarma para la componente de vibración de 120 Hz

medidas en núcleos de hidrogeneradores con frecuencia de línea de

60 Hz.

• Basándose en el ítem anterior se puede decir, de manera preliminar, que

los valores vibratorios obtenidos de la unidad N° 15 de la Casa de

Máquinas II de planta Guri, no superan los valores de alarma establecidos

por ésta recomendación.

5.2.2 Aislamiento

En la figura 5.3 se pueden apreciar los resultados obtenidos en las pruebas

de descargas parciales realizadas en noviembre de 2004; como se puede

68

observar, las mismas están acompañadas de los resultados obtenidos, para

la misma prueba, en marzo de 2001.

MARZO 2001 NOVIEMBRE 2004

Figura 5.3 Descargas Parciales de Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004

69

Los resultados obtenidos en las pruebas de noviembre de 2004 fueron

tomados en un rango de frecuencia de 2 a 20 MHz.

La presencia de puntos rojos informa la existencia de pérdida de aislamiento,

sin embargo, la experiencia de los expertos permite la determinación de las

zonas del núcleo del estator en las cuales existe ésta pérdida.

La tabla 5.1 presenta los resultados numéricos obtenidos a través del análisis

tradicional de descargas parciales, tanto en marzo de 2001 como en

noviembre de 2004.

Como se puede apreciar en ésta tabla los diferentes parámetros estudiados

(carga, corriente y cantidad de pulsos) duplican su nivel en relación con los

resultados obtenidos en el 2001, muestra fehaciente de la pérdida de

aislamiento presente en el núcleo del estator.

Tabla 5.1 Análisis PRPD Unidad N° 15, CMG-II

Qmáx [nC] NQStotal [µA] Ntotal [N° de pulsos] FASE Mar/2001 Nov/2004 Mar/2001 Nov/2004 Mar/2001 Nov/2004

A 7.7 15.0 5.0 17.49 90944 152351 B 7.9 14.2 7.1 16.8 130436 146959 C 7.4 15.63 5.2 19.7 107461 235851

Al igual que para el caso de las vibraciones, para el análisis del aislamiento

fueron realizados los espectros de frecuencia, tanto para los resultados

obtenidos en marzo de 2001 como para los de noviembre de 2004; éstas

gráficas se presentan en la figura 5.4.

Los resultados obtenidos son cuantificados y resumidos en la tabla 5.2

70

MARZO 2001 NOVIEMBRE 2004

Figura 5.4 Espectros de Frecuencia de las Descargas Parciales de la Unidad N° 15, Marzo 2001 y Noviembre 2004

Tabla 5.2 Análisis de Espectro de Frecuencia de Pruebas de Descargas Parciales de la Unidad N° 15, CMG-II

0 – 50 [MHz] 0 – 200 [MHz] FASE Mar/2001 Nov/2004 Mar/2001 Nov/2004

A *** 1673 2013 2028 B *** 1758 2217 2460 C *** 1719 1947 2131

71

De los resultados presentados se obtienen los siguientes análisis:

• Los registros obtenidos en el año 2001 muestran patrones de descargas

corona y descargas internas, en las mediciones de noviembre de 2004 se

encontró un patrón adicional, correspondiente a descargas barra a barra.

• Las descargas predominantes son las descargas internas y las de barra a

barra.

• Las actividades totales se incrementaron alrededor de 80% en magnitud y

60% en cantidad, respecto a marzo de 2001.

• En general, la magnitud y la cantidad de las descargas parciales para éste

generador son elevadas, y reflejan que el devanado presenta deterioro en

el aislamiento principal.

5.2.3 Corriente

Los valores obtenidos en las pruebas de corriente no son presentados en

ésta investigación, ya que por las condiciones dinámicas del sistema no se

posee registro de éstos, sin embargo se acota que durante la obtención de

los mismos éstos no presentaron variaciones significativas que pudiesen

influenciar en las conclusiones que en su debido momento se presentarán.

5.2.4 Tensión

Las mediciones de tensión efectuadas en noviembre de 2004, a diferencia de

las obtenidas para vibración y aislamiento, fueron cargadas en la aplicación

de computación Microsoft Excel, ya que para las mismas no fue usada una

aplicación que permitiese su análisis de forma inmediata.

72

La tabla 5.3 presenta los valores obtenidos para ésta variable, cabe destacar

que ésta tabla presenta una muestra del total recolectado, y que por la

cantidad de los mismos, éstos se presentan en el respaldo digital de ésta

investigación bajo el nombre Medición de Tensión, UN-15, CMG-II,

Noviembre 2004,

Tabla 5.3 Medición de Tensión de la Unidad N° 15, CMG-II

Tiempo [seg]

Fase A [Vpp]

Fase B [Vpp]

Fase C [Vpp]

0 20218,22908 3314,287881 -22645,68962 0,001 12842,29071 11538,91382 -25145,03894 0,002 3752,479414 18663,72214 -23814,82392 0,003 -5223,873896 23680,6073 -18818,72336 0,004 -13186,09414 25405,72991 -10923,16976 0,005 -19728,93338 23138,46674 -1671,428163 0,006 -24072,91681 17286,74175 7062,428508 0,007 -25062,78385 9009,270936 14793,44595 0,008 -21948,54783 -339,4828243 20902,38049 0,009 -15558,13772 -8929,587938 24641,8955 0,01 -6881,446519 -16556,68233 24584,73782 0,011 2365,982269 -22482,01082 20917,96894 0,012 10643,46087 -25320,85076 13749,87668 0,013 17769,10057 -24319,73405 4754,479467 0,014 22934,95943 -19531,47959 -4293,762612 0,015 25189,20623 -11926,02718 -12315,73861 0,016 23481,4128 -2661,287406 -19234,41556 0,017 18008,12359 6277,809492 -23832,15309 0,018 9918,59761 14204,54001 -25087,88126 0,019 641,7248242 20706,6674 -22452,57462

La gráfica de la figura 5.5 presenta la forma de onda de la tensión de las tres

fases de la unidad N° 15 de la Casa de Máquinas II en Planta Guri, ésta

gráfica fue realizada con los valores presentados en la tabla anterior.

73

Figura 5.5 Forma de Onda de las Fases A, B y C de la Unidad N° 15, Noviembre 2004

De la gráfica anterior se puede observar lo siguiente:

• Ninguna de las fases presenta distorsión en el tiempo.

• El desfase es de 120°.

• No se observa presencia de armónicos no deseados.

Por lo expuesto anteriormente se puede decir que los resultados obtenidos

en las pruebas de noviembre de 2004 no son significativos para la

investigación en desarrollo, y que los mismos deben servir como data

histórica para futuras comparaciones.

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

30000

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02

Tiempo (seg)

Ten

sión (Vpp)

Fase A Fase B Fase C

74

5.2.5 Potencia Activa y Potencia Reactiva

Al igual que para la medición de tensión, los valores obtenidos en el registro

de data de potencia de la unidad bajo estudio, fueron cargados en la

aplicación de computación Microsoft Excel.

La tabla 5.4 presenta una muestra de los resultados obtenidos y en caso de

querer observar la totalidad de los mismos se puede acudir al soporte digital

de ésta investigación en la cual se encuentra el archivo correspondiente bajo

el nombre Mediciones de Potencia, UN-15, CMG-II, Noviembre 2004.

Tabla 5.4 Medición de Potencia de la Unidad N° 15, CMG-II

Tiempo [seg]

Potencia MVAR

0 6,18983 649,93215 -0,204167 0,001 6,18633 649,56465 -0,194 0,002 6,18933 649,87965 -0,181833 0,003 6,1935 650,3175 -0,1705 0,004 6,20233 651,24465 -0,160667 0,005 6,213 652,365 -0,156167 0,006 6,22717 653,85285 -0,155667 0,007 6,23767 654,95535 -0,1565 0,008 6,24883 656,12715 -0,164 0,009 6,25183 656,44215 -0,1725 0,01 6,25483 656,75715 -0,184667 0,011 6,25117 656,37285 -0,194833 0,012 6,244 655,62 -0,207167 0,013 6,2325 654,4125 -0,215 0,014 6,2195 653,0475 -0,217 0,015 6,20767 651,80535 -0,218333 0,016 6,19867 650,86035 -0,212333 0,017 6,19017 649,96785 -0,206 0,018 6,18533 649,45965 -0,193333 0,019 6,1875 649,6875 -0,182

75

De la tabla presentada se obtiene la gráfica de variación de potencia de la

unidad generadora, ésta puede observarse en la figura 5.6.

Figura 5.6 Variación de Potencia de la Unidad N° 15, Noviembre 2004

De la gráfica presentada se puede decir:

• La variación de potencia presentada por la unidad es completamente

normal en comparación con otras unidades, cabe destacar que ésta

comparación es hecha de acuerdo a conocimientos obtenidos a través de

la experiencia ya que no se cuenta con registros previos para

comparación.

• De acuerdo a lo expresado en el ítem anterior, la medición hecha servirá

como futura referencia.

645

650

655

660

665

670

675

680

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Ti empo [ se g]

Pote

nci

a de

Sal

ida

[MW

]

76

CCoonncclluussiioonneess

El Departamento de Operaciones Guri, en conjunto con el Centro de

Investigaciones Aplicadas (CIAP), realizó la investigación del ruido anormal al

momento de la sincronización al sistema de potencia presentado por el

generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, iniciando de ésta

manera la futura, y satisfactoria, normalización de la unidad generadora.

Tomando en consideración que la situación de ruido se presenta únicamente

al instante de sincronización, se realizaron en noviembre de 2004 una serie

de pruebas, las cuales incluyeron la medición de descargas parciales,

vibraciones del núcleo del estator, corriente, tensión, potencia activa y

potencia reactiva.

Los resultados obtenidos, aún cuando no son determinantes, facilitan la

localización parcial del origen del problema, de éstos se concluye lo

siguiente:

• Los registros de vibración en dirección radial y vertical duplican los valores

de otras unidades de la Casa de Máquinas II con iguales características.

77

• El análisis de los componentes de frecuencia, debido a la presencia de

múltiplos de la frecuencia fundamental (120 Hz), indica aflojamiento en

las partes que conforman el núcleo del estator.

• Los valores vibratorios obtenidos no superan los indicadores de alarma

(11,40 m/s2) establecidos por la norma consultada (Hydro-Québec).

• El análisis de descargas parciales en el núcleo del estator muestra

patrones de descargas corona, internas y barra a barra.

• Las descargas predominantes son las internas y las barra a barra.

• La actividad de descarga parcial, en relación con la última medida (marzo

2001), se incrementó 80% en magnitud y 60% en cantidad.

• La medición de descarga parcial hace notar que el devanado presenta

deterioro en el aislamiento principal.

• Los registros de corriente, tensión, potencia activa y potencia reactiva, no

reflejan anomalía alguna, por lo cual se deduce que éstos parámetros no

se han visto afectados por la falla presente.

En inspección realizada en diciembre de 2004 se evidenció la presencia de

pérdida de aislamiento en el núcleo del estator, y se confirmó la existencia

del desajuste de algunos paquetes laminados y la deformación de los

mismos, ésto afecta la estructura física en pleno del núcleo del estator,

trayendo como consecuencia, la aparición de armónicos no deseados en la

forma de onda de la tensión, conocidos también como armónicos de diente o

ranura.

78

RReeccoommeennddaacciioonneess

Como fue explicado en varias ocasiones, la investigación realizada forma

parte de un estudio más extenso que tiene como objetivo principal la

focalización del origen de la anomalía presente en la unidad generadora

N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri, de ésta manera

C.V.G. EDELCA podrá normalizar la situación de ésta unidad generadora

permitiendo un mejor desempeño de la planta hidroeléctrica.

Basándose en lo expuesto se presentan a continuación una serie de

recomendaciones a tomar en consideración para la reparación del generador

N° 15 de la Casa de Máquinas II de Planta Guri:

• Extracción del sincronizador de la unidad N° 15 en el Patio de Distribución

Guri para chequeo de conexiones y revisión general del mismo.

• Solicitar al Departamento de Mantenimiento Eléctrico Guri una inspección

exhaustiva del núcleo del estator.

• Localización de los paquetes laminados del núcleo del estator con

desviaciones para su respectiva intervención.

79

• Normalización de los paquetes laminados del núcleo del estor con

desviaciones de acuerdo a procedimiento especificado por el fabricante.

• Determinación de las zonas con pérdida de aislamiento en el núcleo del

estator.

• Reparación de las zonas con pérdida de aislamiento en el núcleo del

estator de acuerdo a procedimiento especificado por el fabricante.

Mientras es reparado el generador N° 15 de la Casa de Máquinas II de

Planta Guri se pueden tomar una serie de medidas, las cuales permitirán que

la situación actual de ésta unidad generadora no se repita, de igual manera

éstas acciones pueden, y deberían, ser tomadas en consideración para el

resto de las unidades de ambas Casas de Máquinas de ésta planta

hidroeléctrica, entre éstas se tiene:

• Instalación de sensores de vibración de registro permanente.

• Realizar pruebas de medición de descargas parciales para la

determinación de pérdida de aislamiento periódicamente.

• Elaboración de historial de trabajos realizados, anomalías y fallas por

unidad desde la puesta en servicio de éstas hasta el año 2002, puesto que

a partir de ésta fecha se cuenta con la base de datos del Sistema de

Administración de Operaciones (SAO).

Una vez culminada la reparación de la unidad, se recomienda la elaboración

de una serie de pruebas similares a las realizadas para ésta investigación,

profundizando así la data histórica que permitirá la determinación del origen

de la falla.

80

Con la implementación de éstas medidas se obtendrían ventajas tales como:

• Mejores condiciones de seguridad para el personal.

• Reducción en los costos de mantenimientos no planificados ya que éstos

serían absorbidos por los mantenimientos preventivos.

• Disminución de los indicadores de trabajos de emergencia.

• Reparaciones más eficientes sobre los equipos y sistemas.

• Incremento en la capacidad de producción, debido a menos fallas en los

equipos y sistemas.

Cada una de éstas ventajas es un argumento para las empresas de clase

mundial, que asegura una producción continua y estable.

81

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] C.V.G. Electrificación del Caroní C.A., Dirección de Producción. División

Planta Guri. Departamento de Operaciones (2004). Manual de

Organización, Proceso Operar. Guri.


Planta Guri. Departamento de Operaciones (2002). Plan de

Entrenamiento, Generadores Casa de Máquinas II. Guri.



Entrenamiento, Gobernadores Casa de Máquinas II. Guri.



Entrenamiento, Turbinas Casa de Máquinas II. Guri.


Planta Guri. Departamento de Ingeniería de Mantenimiento (2003).

SAO, Guía de Uso, Personal de Operaciones. Guri.

[6] Mora M., Pedro Omar (2003). Máquinas Eléctricas, Máquinas

Sincrónicas: Diseño, Operación y Funcionamiento. Universidad de

Los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica.

[7] Fink, D. Y Wayne, H. (2000). Manual de Ingeniería Eléctrica. 13ra Ed.

México: Mc Graw Hill.

82

[8] Chapman, S. (1993). Máquinas Eléctricas. 2da Ed. Colombia: Mc

Graw Hill.

[9] International Organization for Standardization (ISO) 7919-5.

Mechanical vibration of non-reciprocating machines –

Measurements on rotating shafts and evaluation criteria. Part 5:

Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.

[10] http://intranet.edelca.com.ve/

[11] http://netdial.caribe.net/~jrbaspr/definiciones.html

[12] http://netdial.caribe.net/~jrbaspr/hidroelectrica.html

[13] http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo8.html

[14] http://www.adwel.com/PDF/PDA%20Couplers%20-%20Spanish.pdf

[15] http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia10/HTML/Articul

o20.htm

[16] http://zeus.dci.ubiobio.cl/electricidad/seminario_descargas_parcial

es

[17] http://www.wmea.net/partial_discharge_theory.htm

[18] http://www.magnaelectric.com/partial_discharge.htm

ANEXO 2.a

Diagrama Unifilar de Sistema de

Sincronización Generadores PDG 800 kV

ANEXO 4.a

Norma ISO 7919-5:1997

ANEXO 4.b

Protocolo de Pruebas de Investigación UN-15, CMG-II

Documents

Investigación del ruido anormal del generador nro. 15 de 700 MW de Casa de Máquinas II de Guri