diciembre 28, 2021 2:25 pm

REACTORES VARIABLES EN DERIVACIÓN EN EL NUEVO SISTEMA DE TRANSMISIÓN EN 500 kV Funcionamiento de las redes eléctricas El funcionamiento de los sistemas eléctricos está sujeto a fluctuaciones en el consumo de energía eléctrica; así también, la incorporación de energía renovable eólica y solar contribuye a la variabilidad de las condiciones operativas de la red […]

REACTORES VARIABLES EN DERIVACIÓN EN EL NUEVO SISTEMA DE TRANSMISIÓN EN 500 kV

Funcionamiento de las redes eléctricas

El funcionamiento de los sistemas eléctricos está sujeto a fluctuaciones en el consumo de energía eléctrica; así también, la incorporación de energía renovable eólica y solar contribuye a la variabilidad de las condiciones operativas de la red de transporte durante el día y en la noche, días hábiles y de fin de semana.

La generación en tiempo real debe ajustarse permanentemente a dichas variaciones. En la figura puede observarse la curva de generación del SIN (Sistema Interconectado Nacional) la cual varía desde 978,4 MW (01:00 hrs) hasta 1588,0 MW (19:30 hrs). Las variaciones en la generación de electricidad producen desbalance en la potencia reactiva en el sistema de transporte de electricidad, acompañado con cambios en el nivel de voltaje.

El crecimiento continuo del consumo de energía eléctrica a nivel nacional, ha promovido la necesidad de expandir el sistema de transmisión eléctrica a un nivel tensión superior hasta ahora existente. Este nuevo nivel de tensión en 500 kV, sin precedentes en la red eléctrica boliviana, propone nuevos desafíos en las etapas del desarrollo de los estudios, ingeniería, construcción, puesta en servicio y, posteriormente en la operación comercial y el mantenimiento de dichas instalaciones.

El desafío en la operación de las redes eléctricas

Los desafíos en la operación de las redes eléctricas a nivel global, ha motivado a innovar en nuevos equipamientos que aporten a la regulación de voltaje. Para poder proporcionar la potencia reactiva de manera flexible, los reactores de derivación variable (VSR – Variable Shunt Reactor) son la solución preferida. Los VSR combinan los reactores convencionales con núcleo de hierro con la incorporación de los cambiadores de tomas que se ha utilizado en transformadores de alta tensión desde hace muchos años. Con su unidad de regulación, los VSR proporcionan una potencia reactiva variable y permiten una adaptación rápida del voltaje de la red

La expansión del sistema de transporte de electricidad en el SIN

ENDE Transmisión como agente transmisor del Mercado Eléctrico Mayorista (MEM) está ejecutando el proyecto “Línea de Transmisión en 500 kV Santiváñez – Carrasco”. Como parte del alcance de las instalaciones eléctricas del proyecto, se instala reactores de compensación de potencia reactiva inductiva vinculados a la línea de transmisión a través de interruptores. Los reactores tienen potencia nominal de 35 MVAr a una tensión 500/√3 kV. En cada extremo de la línea de transmisión Santiváñez – Carrasco 500 kV, se ha proyectado un banco de reactores monofásicos de 3×35 MVAr más una unidad de reserva, con el fin de controlar los voltajes producidos por “Efecto Ferranti”. Asimismo, como elementos de control suplementario de voltaje en la red de transporte, se instala en el sistema de barras de las subestaciones Santiváñez y Carrasco, reactores variables con una potencia total del banco de 63 a 105 MVAr compuesta por tres unidades monofásicas de 21+17×0,824 MVAr. En el diagrama unifilar de abajo puede observarse la ubicación de los VSR en las subestaciones.

Diagrama unifilar de la red de 500 kV con reactores variables (VSR)

Diseño y modo de operación del VSR

Los reactores variables en derivación se diseñan con el núcleo de hierro con espacios de aire. El núcleo de hierro conduce y concentra el flujo magnético que necesita cerrar los espacios de aire. En las imágenes se muestran las fotografías de los reactores variables de la marca General Electric que se instalan en el sistema de barras de las subestaciones Santiváñez y Carrasco de 500 kV.

La diferencia en la permeabilidad del acero eléctrico y el aceite (la permeabilidad del aceite es igual al aire o al vacío) es muy grande, es suficiente trabajar con la resistencia magnética de los espacios de aire. Reducen la inductividad y aumentan el rendimiento de esta disposición (figura izquierda).

El principio de funcionamiento del VSR está basado en el cambio del número de espiras en el devanado. Por lo tanto, los devanados están equipados con cambiadores de tomas, que conectan y desconectan espiras. Los cambiadores de tomas se han usado desde muchos años atrás en los transformadores de potencia para la regulación de voltaje (figura derecha).

En la figura inferior se puede observar en una fotografía panorámica los reactores variables de la subestación Carrasco 500 kV.

Desempeño del VSR en la red eléctrica del SIN

El análisis del funcionamiento del VSR en la red eléctrica del SIN se ha realizado con el software PowerFactory de DIgSILENT, en el cual se tiene modelado todos los componentes del sistema de transporte, generación y distribución.

En el análisis se ha considerado dos eventos que demuestran cómo los VSR aportan sustancialmente al control de voltaje del sistema de 500 kV: 1) Desconexión del reactor de línea de 105 MVAr de la subestación Santiváñez y 2) Incremento de carga en forma de rampa.

  1. Desconexión de reactores de línea (105 MVAr) extremo Santiváñez

    En la figura se muestra en color azul el nivel de voltaje alcanzado sin considerar el VSR (reactor fijo) y en color rojo el nivel de voltaje con la actuación del cambiador de tomas del VSR, la línea horizontal en rojo representa el límite de voltaje máximo aceptable en operación normal 1,05 pu (525 kV).

    Como puede observarse la línea azul está por encima del límite máximo de voltaje con 1,063 pu (542 kV), por el contrario con la actuación del cambiador de tomas el voltaje se reduce hasta un valor de 1,028 pu (514 kV).

  2. Rampa de carga de 50 % en 50 seg

    En este caso se incrementa la demanda de la zona Oriental en 50 % en 50 seg, lo cual significa un incremento de 242 MW hasta 325 MW. La figura muestra la respuesta del voltaje en barras de Santiváñez 500 kV sin la actuación de los reactores variables (azul) y con la actuación de los cambiadores de tomas de los reactores variables (roja). Finalmente cuando el voltaje parece establecerse en un valor en el cual los reactores variables de Carrasco y Brechas han alcanzado el límite de operación de sus cambiadores de tomas (0,984 pu); se da la orden de desconexión de un reactor de barra (63 MVAr) para obtener un voltaje con un valor más elevado.