CONDICIONES OPERATIVAS LINEA DE TRANSMISION S/Es
TOTORAS-PELILEO-BAOS-PUYO-TENA-EMELSUCIMBIOS
ANALISIS OPERATIVO DE L/ST RADIALES: APLICACION L/ST 69 kV
TOTORAS-COCA
1.- RESUMEN
El presente documento trata sobre el estudio de transferencia de
potencia en las lneas de subtransmisin radiales y longitudinales a
69 kV., se analiza la transferencia de potencia en estado estable
para condiciones de carga, tales como: carga especial y expansin
propia del sistema elctrico. Para llevar a cabo el presente estudio
se utilizo el programa EASY POWER el cual permite modelar los
elementos del sistema elctrico de potencia, y mediante formulacin
matemtica obtener las variables en estado estable tales como
voltajes en barras, flujos de potencia, perdidas en la red, etc.Se
simularon flujos de potencia en diferentes escenarios, considerando
las proyecciones de demanda a 10 aos para condiciones de carga
mxima, media y base. Se construy la curva de cargabilidad de la
lnea de subtransmisin a 69 kV, 266.8 MCM ACSR, considerando como
nico limitante la cada de voltaje del 5 %.
Comparando la curva de cargabilidad con los requerimientos de
potencia a lo largo de la lnea de subtransmisin se concluye que el
sistema permanece en estado de alerta permanente, situacin que
obligo a determinar acciones particulares especialmente en el
control de voltaje, mediante la determinacin de la potencia
reactiva a instalarse en las diferentes subestaciones, para lograr
las mnimas condiciones operativas.2.- INTRODUCCIONLa Empresa
Elctrica Ambato Regional Centro Norte S.A. (EEASA) con el objeto de
determinar las condiciones de operacin de la lnea de subtransmisin
S/Es TOTORAS PELILEO BAOS PUYO TENA COCA a nivel de 69 kV. Fig. 1,
considerando cargas especiales tales como: requerimientos para
construccin del PROYECTO HIDROELECTRICO SAN FRANCISCO a cargo de la
Empresa ODEBRECHT, en ejecucin, factibilidad de servicio a
AGIP-ECUADOR en la S/E Puyo, los propios de la EEASA en cada una de
las subestaciones (S/E) dentro del recorrido y los de la Empresa
Elctrica Sucumbos (EMELSU) considerando los incrementos por
proyeccin de la demanda, a travs de concurso de ofertas contrato la
ejecucin del estudio en Abril del 2004.
Fig. 1 Mapa Elctrico Ecuador
A partir del 22 de junio del 2003 EMELSU se integra al SISTEMA
NACIONAL DE TRANSMISION (SNT) a travs de la lnea de subtransmisin
S/Es TOTORAS PELILEO BAOS PUYO TENA COCA (EMELSU) a nivel de 69 kV.
Fig. 2.
Fig. 2. Diagrama Unifilar lnea Totoras- Coca.Desde marzo del
2004, se inicia los trabajos de construccin del proyecto
hidroelctrico SAN FRANCISCO (48 meses de construccin Fig. 3), para
lo cual la EMPRESA ODEBRECHT solicit los siguientes requerimientos
de potencia, compromiso adquirido por la EEASA.
Fig. 3. Requerimientos de potencia ODEBRECHT.
La Empresa AGIP-ECUADOR solicit la factibilidad del servicio a
la EEASA para el suministro de potencia Fig. 4 desde la S/E PUYO a
nivel de 69 kV. con los siguientes requerimientos de potencia.
Fig. 4. Requerimientos de potencia AGIP-ECUADOR.
Con los requerimientos de las cargas especiales indicadas y los
propios de la EEASA en cada una de las S/E dentro del recorrido y
los de EMELSU considerando los incrementos por proyeccin de la
demanda, el estudio tena como objeto determinar las condiciones de
operacin de la lnea en diferentes escenarios en el tiempo,
determinar los requerimientos de equipamiento para garantizar la
operacin a efectos de posibilitar el servicio a AGIP ECUADOR para
la fecha establecida, Octubre del 2005.Se debe anotar
adicionalmente, que de acuerdo con los planes de expansin de
TRANSELECTRIC la lnea de transmisin S/E TENA S/E COCA deba entrar
en operacin a 138 kV el tercer trimestre del 2004. La lnea de
transmisin CENTRAL AGOYAN - S/E PUYO - S/E TENA S/E COCA operara a
nivel de 138 kV. a partir del tercer trimestre del 2005.
2.- DETERMINACIN DE DATOS TCNICOS Y OPERATIVOS
2.1.- DATOS TCNICOSSe refiere a la recopilacin de informacin de
las caractersticas tcnicas de los elementos parte del sistema de
subtransmisin en estudio, esto es: lneas, transformadores de
potencia, banco de capacitores, a efectos de preparar para
introducir como datos al programa EASY POWER, para simular los
flujos de carga y determinar las condiciones operacionales en los
diferentes puntos del sistema en estudio.
Los datos en resumen se detallan en el anexo 1.
2.2.- DATOS OPERATIVOS
Se refiere a la recopilacin de informacin de los requerimientos
de potencia activa y reactiva demanda de las diferentes
subestaciones de la EEASA y del sistema EMELSU.
El punto de partida para el anlisis de los diferentes escenarios
fue determinar las condiciones actuales, esto es, conocer la
demanda mxima de la SALIDA BAOS-69 kV., en la subestacin TOTORAS
durante el ao 2003.De los reportes diarios de la S/E TOTORAS se
determina que la DEMANDA MXIMA ANUAL de la SALIDA BAOS fue el
mircoles 10 de Diciembre del 2003 a las 19:30, en la Fig. 5a se
indica la curva horaria de carga de potencia activa y en la Fig. 5b
la curva de carga de potencia reactiva.
Fig. 5a. Curva de carga horaria de potencia activa
Fig. 5b. Curva de carga horaria de potencia reactiva Con el
objeto de proyectar la demanda anual mxima de potencia, de las
cargas que se alimentan de cada una de las subestaciones parte del
estudio, sobre la base de los registros histricos proporcionados
por la EEASA, eliminado las inconsistencias estadsticas, se
determin los porcentajes de incremento anual para cada una de las
subestaciones, utilizando la metodologa de trmino medio, en el
anexo 2 se detalla los valores calculados para demanda mxima. Con
la informacin procesada se ingresan al programa EASY POWER los
requerimientos de potencia activa y reactiva, para el anlisis y
determinacin de las condiciones operativas de la lnea, en los
diferentes escenarios.
3.- ESCENARIOS EN ESTUDIO
Para cada escenario se analizo para DEMANDA: MAXIMA, MEDIA Y
BASE, de las condiciones indicadas se obtuvo los reportes del
flujo: sumario del sistema, prdidas en lneas-transformadores,
cargas, taps de transformadores, estado de transformadores,
regulacin de voltaje y estado de lneas.Como condicin se debe anotar
que para conectar el sistema EMELSU al SNT., TRANSELECTRIC ubic el
tap del autotransformador 138/69 kV/kV de la S/E Totoras en la
posicin -2.5% correspondiendo a un valor de 1.025 p.u del voltaje
nominal.A continuacin se presentan los principales escenarios para
condicin de de demanda mxima considerados en el presente
trabajo.3.1.- ESCENARIO 1 - 2003Corresponde a las condiciones de
partida, esto es, al ao 2003, demandas mximas registradas el 10 de
diciembre del 2003 en cada una de las subestaciones en estudio y
operando la lnea S/E TOTORAS-S/E COCA a 69 kV.En este escenario
cabe indicar que en DEMANDA MAXIMA fue necesario generar 14.54 Mw
en el sistema EMELSU y transferir a travs de la lnea S/E TENA S/E
COCA 4.021 Mw para suplir la demanda de EMELSU ms las prdidas en
las lneas y transformadores, se superan los porcentajes de
regulacin de voltaje establecidos en EMELSU.La posicin de los taps
de los transformadores de potencia en la subestacin Puyo deben
operar en 2,5% y en la subestacin Tena 5%, en el anlisis de los
prximos escenarios las condiciones pueden modificarse. El banco de
capacitores en la subestacin Puyo en DEMANDA MAXIMA trabajan las
dos etapas que suman 2,4 Mvar y en MEDIA y BASE la una etapa 1,8
Mvar.3.2 ESCENARIO 2 - 2005
Corresponde a las demandas que se proyectada para las
subestaciones de la EEASA y EMELSU para el 2005, ms la carga
especial de 1,2 Mw desde la S/E BAOS a 13,8 kV. y 3,8 Mw a 69 kV.
para ODEBRECHT, y 2 Mw desde la S/E Puyo a nivel de 69 kV. para
AGIP-ECUADOR.De acuerdo a informaciones de ODEBRECHT el factor de
potencia de la carga es de 0,92, por lo que se hace necesario
considerar la instalacin de 1 Mvar en la S/E ODEBRECHT 69/13,8 kV a
nivel de 13.8 kV., para superar la DEMANDA MAXIMA mientras los
requerimientos de ODEBRECHT sean de 3,8 Mw en esta subestacin.En la
S/E AGIP a nivel de 13,8 kV., es necesario de 1 Mvar.
En este escenario se analiza los dos casos posibles:
2.1-.Lnea S/E TOTORAS S/E COCA 69 kVDEMANDA MAXIMA
En este caso las violaciones de regulacin de voltaje para
DEMANDA MAXIMA son a partir de la S/E Puyo a nivel de 69 kV. (0.918
p.u), S/E AGIP a nivel de 69 kV. (0.913 p.u), siendo desfavorable
su operacin, encontrndose al limite de la POTENCIA MXIMA que puede
TRANSMITIR la lnea en estado estable, la transferencia desde la S/E
TENA a la S/E COCA se disminuye (3,765 Mw) respecto a aos
anteriores y debiendo aumentar la generacin en EMELSU (16,39
Mw).Los requerimientos de potencia reactiva son: en S/E Baos 0.6
Mvar., S/E ODEBRECHT 1 Mvar, S/E Puyo 2,4 Mvar, S/E AGIP 1 Mvar y
S/E Tena 1,8 Mvar.
2.2.-Lnea S/E TOTORAS - S/E TENA 69 kV y S/E TENA S/E COCA 138
kVDEMANDA MAXIMA
En este caso las violaciones de regulacin de voltaje son a
partir de la S/E PUYO a nivel de 69 kV (0.945 p.u), AGIP a nivel de
69 kV. (0.940 p.u). La transmisin por la lnea S/E TENA S/E COCA se
mejoran (4,963 Mw) la generacin de EMELSU se mantiene al de ao
anterior (15.04 Mw).
Los requerimientos de potencia reactiva son: en S/E Baos 0.6
Mvar., S/E ODEBRECHT 1 Mvar, S/E Puyo 2,4 Mvar, S/E AGIP 1 Mvar y
S/E Tena 1,8 Mvar.
De los resultados obtenidos de los posibles casos en el
escenario 2, se concluye que NO ES POSIBLE la factibilidad del
servicio a AGIP para la fecha indicada a octubre del 2005. Sin
embargo la factibilidad del servicio es posible siempre y cuando se
cumplan los planes de expansin de TRANSELECTRIC, esto es, la lnea
CENTRAL AGOYAN S/E COCA entre en operacin a nivel de 138 kV., a
partir del cuarto trimestre del 2005.3.3.- ESCENARIO 3 2006LNEA
CENTRAL AGOYAN - S/E COCA 138 kV.A partir de este escenario el
anlisis se centra en operacin la lnea S/E CENTRAL AGOYAN S/E COCA
operando a 138 kV.
El transformador de potencia de la S/E TOTORAS debe operar en el
TAP NOMINAL y la salida Baos de esta subestacin alimentar nicamente
a las S/E Pelileo, S/E Baos y S/E ODEBRECHT mientras dure la
construccin del proyecto San Francisco (culminacin primer trimestre
del 2008).Corresponde a las demandas que se proyecta para las
subestaciones de la EEASA (Puyo, Tena) y EMELSU para el 2006 ms la
carga especial de 5 Mw. desde la S/E Puyo a nivel de 69 kV. para
AGIP-ECUADOR.A partir de este escenario en adelante los taps de los
transformadores de potencia de la S/E Puyo y S/E Tena deben ser
cambiados al NOMINAL.
DEMANDA MAXIMA
Es necesario anotar que para este ao el transformador de
potencia de la S/E Tena se sobrecarga con aproximadamente el 4%,
para esta demanda.- La transferencia S/E Tena S/E Coca es de 12,583
Mw, debiendo generar EMELSU 8,61 Mw., generacin indispensable para
mantener regulaciones de voltaje similares a escenarios
analizados.- Los requerimientos de potencia reactiva son: en S/E
Puyo 1,8 Mvar, S/E Tena 1,2 Mvar.
4.- ANALISIS DE TRANSFERENCIA DE POTENCIA
La lnea S/E TOTORAS S/E COCA es radial y tiene una longitud de
287 Km., por lo cual es una lnea larga y longitudinal, siendo como
caracterstica el operar en estado de alerta.
Este tipo de lneas presenta problemas operativos en tanto se
refiere al control de voltaje y ms an por el voltaje de operacin 69
kV., por lo que debe analizarse desde el punto de vista de
regulacin de voltaje.
El voltaje en estas condiciones resulta ser un problema dinmico,
esto es, requiere de un seguimiento continuo de esta variable,
mediante la toma de acciones de control permanente en cuanto a los
requerimientos de potencia reactiva debido a la curva, teniendo
condiciones de deficiencia en unos casos -horas pico- y exceso en
horas de base, este problema en parte es solventado a travs de los
bancos de capacitores instalados en las subestaciones a lo largo de
la lnea.
Los resultados obtenidos en las corridas de flujo para los
diferentes escenarios correspondientes a la lnea S/E TOTORAS S/E
COCA 69 kV. reflejan el anlisis de los prrafos anteriores, en tanto
se refiere al problema de regulacin de voltaje. Este problema se ve
mejorado en cierta medida en EMELSU por su generacin.
Con el objeto de evaluar y visualizar de mejor manera el
comportamiento de la lnea a lo largo de la trayectoria se
complemento el estudio mediante el anlisis de cargabilidad de
lneas, que no es ms que la transferencia de potencia en funcin de
la longitud de la lnea de transmisin.
De acuerdo a [2] y [6], es importante determinar las curvas de
cargabilidad de potencia, expresadas en trminos de unidad del SIL,
definiendo SIL Surge Impedance Loading carga natural de la lnea, la
misma que se determina mediante la siguiente formula.
SIL=
(1)Donde:
kV: voltaje nominal de la lnea en kV
Zo= 400
Para la lnea de subtransmision a 69 kV se tiene segn la ecuacin
(1) un valor del SIL de 12 MW.
Para la obtencin de los valores de cargabilidad indicadas en las
tablas 1 y 2 y para la elaboracin de la curva de cargabilidad Figs
6a, 6b, 7a y 7b se considero como limitante el 5% de cada de
tensin, la misma que se construyo mediante la simulacin de
transferencia de carga hasta llegar al limite de cada de tensin
indicado, para diferentes longitudes de la lnea.
Tabla 1. Cargabilidad y demanda de la lnea expresado en potencia
activa y unidades de SIL Escenario 1
Fig. 6a Curva de cargabilidad y demanda de la lnea expresado en
potencia activa. Escenario 1
Fig. 6b Curva de cargabilidad y demanda de la lnea expresado en
unidades de SIL. Escenario 1.
Tabla 2. Cargabilidad y demanda de la lnea expresado en potencia
activa y unidades de SIL Escenario 2.2
Fig. 7a Curva de cargabilidad y demanda de la lnea expresado en
potencia activa. Escenario 2.2.
Fig. 7b Curva de cargabilidad y demanda de la lnea expresado en
unidades de SIL. Escenario 2.2.
5.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Para garantizar las condiciones de operacin analizadas en los
escenarios es imprescindible mantener el cambio del TAP en el
transformador de potencia (134.5/69 kV/kV) de la S/E TOTORAS, esto
es, mantener el voltaje a nivel de 69 kV alrededor de 1.03 p.u.
Es impostergable la instalacin del banco de capacitores en
barras de 13.8 kV en la S/E TENA de 1.8 Mvar., debiendo tener la
posibilidad de trabajar en dos etapas 1,2 y 0.6 Mvar. La instalacin
y puesta en operacin no debe superar el tercer trimestre del
2004.
Para garantizar el servicio a ODEBRECHT a nivel de 69 kV. los
3.8 Mw. y 1.2 Mw en la S/E Baos condicin a partir de Enero del
2005, es igualmente impostergable que la LNEA S/E TENA S/E COCA
entre a operar a 138 kV., caso contrario las regulaciones de
voltaje en EMELSU se veran afectadas an ms en DEMANDA MAXIMA.Con la
lnea S/E TOTORAS S/E COCA operando a nivel de 69 kV. no es factible
la entrega a AGIP, 2 Mw a OCTUBRE/05, desde la S/E PUYO 69 kV. ni
an teniendo la lnea S/E TENA S/E COCA a 138 kV.
A partir de la condicin indicada en el escenario 3 el
transformador de potencia de la S/E TOTORAS debe cambiarse al TAP
nominal y la salida Baos en la S/E Totoras alimentara a las S/E
Pelileo y S/E Baos nicamente y el anlisis se centra a la LINEA S/E
CENTRAL AGOYAN S/E TENA 138 kV.Se garantiza el servicio a AGIP 5 Mw
con la lnea CENTRAL AGOYAN S/E COCA a nivel de 138 kV., para 10 Mw
hasta 2008, en la actual configuracin del sistema en anlisis, sin
embargo se aspira que para el 2008 este en operacin el proyecto
TERMORIENTE, con lo cual se garantizara buenas condiciones de
operacin a largo plazo para AGIP con requerimientos de 10 Mw.Si
AGIP planifica tomar sobre los 10 Mw desde la S/E Puyo a nivel de
69 kV, se debera considerar construir la lnea S/E Puyo - S/E AGIP
con calibre de conductor superior a 266,8 MCM, ACSR, para mejorar
la regulacin de voltaje o construir a 138 kV.
El parque de generacin de EMELSU debe mantenerse operable para
cubrir la DEMANDA MAXIMA, por regulacin de voltaje de EMELSU.La
generacin de reactivos a partir de la condicin indicada en el
escenario 3 a travs de los bancos de capacitores que se mantienen
en las S/E Puyo y S/E Tena se requerirn solo una parte para DEMANDA
MAXIMA, los requerimientos de reactivos es generado por las lneas,
especialmente por la lnea S/E Tena S/E Coca.Se determina que a
medida que se incrementa la longitud de la lnea se aprecia ms
sensible la variacin del voltaje.TRANSELECTRIC debe completar el
estudio con el objeto de determinar la capacidad de los reactores y
su instalacin, tomando en cuenta las condiciones operativas de la
lnea S/E Tena- S/E Coca a 138 kV.6.- RECONOCIMIENTOLos autores
expresan el reconocimiento a la Empresa AGIP-ECUADOR, as como a la
Empresa Elctrica Ambato R.C.N.S.A., por las facilidades
prestadas.7.- REFERENCIAS[ 1 ] Arguello G Problemas operativos en
sistemas elctricos longitudinales. JIEE-EPN 1987.
[ 2 ] Noboa N, Jtiva J - Estudio de las caractersticas de
cargabilidad de lneas de transmisin y la influencia del soporte de
potencia reactiva. JIEE-EPN 1985.[ 3 ] Donald G. Fink/ H Wayne
Beaty Manual de Ingeniera Elctrica Vol. II Mxico, Pg. 14.
[ 4 ] M.L.Soni/ P.V.Gupta/ U.S. Bhatnagar A Course in Electrical
Power, Nueva Delhi, Pg. 87.
[ 5 ] Schulz. R General Electric Company. Power Systems
Engineering Course. 1984.[ 6 ] H.P St. Clair, Practical Concepts in
Capability and Performance of Transmission Lines, AIEE Transactions
on Power Apparatus and Systems, Vol.72, 1953, pp 1152-1157.8.-
BIOGRAFIA
Juan Jos Cruz, nacido en Quito 1955 obtuvo el titulo de
bachiller en el colegio Don Bosco en
1974, posteriormente obtiene el titulo de ingeniero elctrico
especializacin potencia en la Escuela Politcnica Nacional EPN en
1983. En el ao de 1984 obtiene un curso de postgrado en la General
Electric Company USA. Actualmente en el libre ejercicio de la
profesin en la prestacin de servicios de consultora en optimizacin
de servicios industriales y diseo y construccin de redes
elctrica.Santiago Ramos Trujillo, nacido en Ambato en 1971, obtuvo
el titulo de bachiller en el colegio San Alfonso en 1988
posteriormente obtiene el titulo de ingeniero elctrico
especializacin potencia en la Escuela Politcnica del Litoral ESPOL
en 1994. Desde su graduacin a la fecha labora en la Empresa
Elctrica Ambato R.C.N.S.A. como jefe de subestaciones y
subtransmisin en la Direccin de Operacin y Mantenimiento.XXI
SEMINARIO DE DISTRIBUCION, COMERCIALIZACION, GENERACION Y AREAS
CORPORATIVAS DEL SECTOR ELECTRICO
Identificacin del Trabajo:
Ambato, Ecuador, 19 al 22 febrero de 2006
Autor/es: JUAN JOSE CRUZ T - SANTIAGO RAMOS T.
Empresa o Entidad: SERVICIO DE INGENIERIA ELECTRICA SIE EMPRESA
ELETRICA AMBATO R.C.N.S.A
DATOS DEL AUTOR RESPONSABLE
Nombre: Juan Jos Cruz T
Cargo: Libre Ejercicio de la Profesin
Direccin: Av. Cevallos 1561 y Mera, Of. 402
Telfono: 593 3 2827061
Fax: 593 3 2827061
E-Mail: [email protected]
PALABRAS-CLAVE:
Cargabilidad, operacin, lneas de subtransmisin radiales, flujos
de carga, escenarios, capacitores, voltaje, demanda.
PAGE 7
_1200854596.unknown
_1200854651.unknown
