Desarrollo de equipos para el diagnóstico de generadores eléctricos

Boletín IIE, 2015
Boletín IIE, 2015
enero-marzo
Desarrollo de equipos
para el diagnóstico de
generadores eléctricos
Óscar Alfonso Reyes Martínez
[[email protected]]
Óscar Escorsa Morales
[[email protected]]
El generador eléctrico es un componente crítico dentro del proceso de generación de energía eléctrica. Es el
encargado de transformar la energía mecánica en energía eléctrica, además de proporcionar estabilidad de
frecuencia y regulación de tensión en el sistema eléctrico. Debido a su importancia, existe una normativa
asociada muy extensa que cubre requerimientos de capacidades y comportamiento, métodos de prueba,
guías de aplicación y recomendaciones para su operación.
Para garantizar la adecuada operación
de un generador eléctrico, éste debe
ser sometido a una serie de pruebas
estáticas y dinámicas durante su proceso
de manufactura, puesta en servicio
y mantenimiento. En este sentido,
las pruebas de puesta en servicio y
de mantenimiento resultan de vital
importancia para garantizar la adecuada
operación de un generador eléctrico.
Normas como la IEEE Std. 115, IEEE
Std. 43, IEEE Std. 4 e IEEE Std. 286,
establecen los requerimientos para
llevar a cabo las pruebas de aceptación
y puesta en servicio de un generador
eléctrico. En México, la Comisión
Federal de Electricidad (CFE), a través
de especificaciones como la W420012, establece las pruebas que deben
ser realizadas en fábrica y en campo a
un generador nuevo, así como a sus
componentes principales.
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Por lo general, las pruebas en fábrica son realizadas por el
propio proveedor y se consideran como pruebas de rutina,
por lo que su ejecución no representa mayor dificultad.
Sin embargo, algunas de las pruebas en campo son difíciles
de realizar por los altos niveles de voltaje y/o corriente
que se originan durante su ejecución. En este sentido, las
pruebas de potencial aplicado y de cortocircuito son las
más complicadas de realizar en sitio. En la primera de ellas
se requiere contar con una fuente capaz de proporcionar
el voltaje de prueba que es 2Vn+1000; mientras que en
el segundo caso, el equipo de prueba utilizado para la
generación del cortocircuito debe soportar varias decenas de
kiloamperes. Por ello, en el mundo solo algunas compañías
cuentan con la infraestructura necesaria para llevar a cabo
este tipo de pruebas.
Para atender las necesidades de las nuevas plantas de
generación, el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE)
ha desarrollado equipos que han permitido realizar algunas
de las pruebas demandadas por el sector eléctrico nacional.
Como ejemplo de ello, en los últimos años se desarrollaron
y entregaron a la Gerencia de Ingeniería Eléctrica de la CFE,
laboratorios móviles y sistemas resonantes con voltajes de
operación de hasta 50 kV, para la evaluación de generadores
Breves técnicas
instalados en centrales termoeléctricas e hidroeléctricas
(figuras 1 y 2). Estos equipos, además de haber sido utilizados
para la evaluación de generadores durante su etapa de
mantenimiento, también han servido para realizar pruebas de
alta tensión en corriente alterna durante el proceso de puesta
en servicio de los generadores.
Además de los sistemas resonantes, el IIE ha desarrollado
sistemas para el cálculo de parámetros eléctricos de generadores
hidroeléctricos mediante pruebas de cortocircuito. Los sistemas
desarrollados están constituidos por un sistema de adquisición
y procesamiento de datos, un sistema óptico para transmisión
de señales analógicas, sensores para medición de voltaje,
corriente, temperatura, presión y el equipamiento necesario
para la prueba de cortocircuito trifásico súbito (figura 3). El
sistema fue diseñado y probado para soportar una capacidad
de corriente máxima de 70 kA rms durante 10 segundos.
Cabe resaltar que el sistema de adquisición de datos tiene la
capacidad de adaptarse a cualquier transformador de potencial
y de corriente instalados en las plantas de generación, así como
a sensores de voltaje y corriente comercial que cuenten con
fuente de alimentación propia.
de agua y aire (figura 4). Éstos toman como base los
lineamientos establecidos en la norma IEC 60034-2-2 para
el cálculo de pérdidas en generadores eléctricos por el método
calorimétrico. Normalmente, el cálculo de la eficiencia
energética se debe realizar como parte de las pruebas de
aceptación de un generador eléctrico, sin embargo, ya ha
sido aplicado en generadores en servicio, debido a que
instituciones como la CFE y Petróleos Mexicanos (PEMEX)
están interesadas en mejorar la eficiencia operativa de sus
plantas de generación eléctrica. Mediante este sistema se
puede realizar el cálculo de la eficiencia energética por el
método calorimétrico para los casos de pérdidas globales y
pérdidas segregadas.
El IIE también ha desarrollado herramientas computacionales
para realizar el cálculo de la eficiencia energética de
generadores hidroeléctricos con sistema de enfriamiento
Figura 3. Sistema para realizar pruebas de cortocircuito trifásico
súbito y cálculo de parámetros eléctricos de generadores de
centrales hidroeléctricas.
Figura 1. Sistema resonante de 50 kV para evaluar en sitio
generadores de centrales termoeléctricas e hidroeléctricas.
Figura 2. Equipos desarrollados para la evaluación de generadores
eléctricos.
Figura 4. Programa de cómputo para el cálculo de la eficiencia
energética de generadores hidroeléctricos enfriados por agua.
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