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UNACEM S.A.A.
UNIDAD CONDORCOCHA
CENTRAL HIDROELÉCTRICA CARPAPATA III
ESTUDIO DE OPERATIVIDAD
RESUMEN EJECUTIVO
Marzo 2016
GH Ingenieros EIRL
CH CARPAPATA III - Estudio de Operatividad - Resumen Ejecutivo – Rev. C
UNACEM S.A.A.
RESUMEN EJECUTIVO
Índice
1. ANTECEDENTES .......................................................................................... 3 2. OBJETIVO ................................................................................................... 3 3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO .................................................................. 4 4. 3.1 Zona de Influencia del Proyecto ........................................................................4 3.2 Instalaciones que conforman el Proyecto .......................................................4 3.3 Central Hidroeléctrica Carpapata III ................................................................6 3.4 Línea de Transmisión ..........................................................................................7 3.5 SE Carpapata III ..................................................................................................7 3.6 Ampliación SE Carpapata I .................................................................................8 ANÁLISIS DEL SISTEMA ELÉCTRICO ......................................................... 9 4.1 Análisis en Estado Estacionario .........................................................................9 4.2 Análisis de Cortocircuito ...................................................................................10 4.3 Análisis de Estabilidad ......................................................................................10 4.4 Estudio de Coordinación de la Protección......................................................10 GH Ingenieros EIRL – Marzo 2016
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RESUMEN EJECUTIVO
1.
ANTECEDENTES
La Unidad de Producción Condorcocha de Unión Andina de Cemento S.A.A. (UNACEM) viene
ejecutando las obras de la nueva CH Carpapata III, de 2 x 7.4 MVA, la que formará parte de su
parque de generación hidráulica conjuntamente con las CH Carpapata I y II existentes. Asimismo,
como parte de estas obras, se ampliará la SE Carpapata I, ampliando una bahía a la cual llegará la
línea proveniente de Carpapata III, y modernizando las actuales bahías de 72.5 kV existentes. Para
efectos del presente estudio, estas nuevas instalaciones, cuya fecha prevista de puesta en servicio
es Noviembre del 2016, se denominarán “Proyecto”.
Como parte de los estudios necesarios para obtener la conformidad del Proyecto, se debe
presentar al Comité de Operación Económica del Sistema, en adelante COES, el estudio de
Operatividad, donde se demuestre que las nuevas instalaciones no generen problemas en la
operación del Sistema Interconectado Nacional, en adelante SEIN.
El presente documento es el resumen del Estudio de Pre Operatividad realizado para validar la
implementación del Proyecto, el que ha sido desarrollado considerando los alcances del Nuevo
Procedimiento Técnico COES PR-20 “Ingreso, Modificación y Retiro de Instalaciones en el SEIN”.
2.
OBJETIVO
El estudio de Operatividad tiene por objeto:
-
Describir las características técnicas de las instalaciones que forman parte del proyecto
hidroeléctrico, y las condiciones a las cuales e conectará al Sistema Eléctrico Interconectado
Nacional (SEIN).
-
Determinar el impacto de la puesta en servicio de la CH Carpapapata III de 12.8 MW, mediante
estudios de estado estacionario que comprenden los estudios de flujo de potencia, cortocircuitos,
estabilidad transitoria y Coordinación de la Protección.
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3.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
3.1
Zona de Influencia del Proyecto
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La central hidroeléctrica de Carpapata III se encuentra ubicada en los distritos de Palca –
Huasahuasi, provincia de Tarma, departamento de Junín, a 2105 msnm.
Por la ubicación geográfica y características del Proyecto, se ha definido como área de influencia al
sistema eléctrico Centro-Este del SEIN. En particular, las instalaciones asociadas al Proyecto se
ubican en la subestación Condorcocha 138 kV, cuyo suministro eléctrico se realiza desde la
subestación Caripa 138 kV (suministro principal del SEIN), desde la central hidroeléctrica
Carpapata en 72,5 kV y las redes de ELECTROCENTRO de 44 kV (central hidroeléctrica
Huasahuasi).
En la Figura 1 se muestra las redes de transmisión, subestaciones y centrales asociadas a la zona
de influencia del Proyecto.
Figura 1 – Sistema eléctrico asociado a la zona en estudio
3.2
Instalaciones que conforman el Proyecto
El Proyecto comprende la instalación de una nueva central hidroeléctrica Carpapata III cuyo punto
de conexión será en la SE Carpapata I 72/44 kV. Las nuevas instalaciones eléctricas del nuevo
proyecto, y sus características propias, son las siguientes:
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DE LA NUEVA CH CARPAPATA III
a) Línea de transmisión (CH CARPAPATA III – SE CARPAPATA I)
Tipo de Estructura: Simple terna
Tipo de conductor: AAAC 150 mm2
Tipo de cable de guarda: OPGW 108 mm2
Nivel de tensión: 72 kV
Longitud de la línea: 4,0 km
b) Transformador de potencia de la SE Carpapata III
Capacidad Nominal: 16 MVA
Relación de tensión: 72.5±2x2.5%/13.8 kV
Grupo de conexión: YNd5
Tensión de cortocircuito: 8.28 % (16 MVA)
c) Grupo de generación de la CH Carpapata III
Número de grupos: 2
Nivel de tensión: 13.8 kV
Capacidad Nominal: 7.4 MVA
Factor de potencia: 0.85
Momento de Inercia (J): 5,263 kp-m2
DE LA AMPLIACIÓN DE LA SE CARPAPATA I
d) Reemplazo del Autotransformador T-9 de la SE Carpapata I
Capacidad Nominal: 16 MVA
Relación de tensión: 72.5/44 ±3x2.5% kV
Grupo de conexión: YNA0d1
Tensión de cortocircuito: 3.135 % (16 MVA)
e) Nuevas Bahías 72.5 kV
- 02 bahías de línea
- 01 bahía de transformación
Cada una con equipo GIS hibrido PASS MOD de ABB, 72.5 kV – 1600 A – 31.5 kA
f) Nuevas Bahías 44 kV
- 01 bahía de línea
- 02 bahías de transformación
Con un equipo GIS hibrido PASS MOD de ABB, 72.5 kV – 1600 A – 31.5 kA
La Figura 2 se muestra diagrama unifilar del sistema eléctrico de la zona de influencia del proyecto.
En el Cuadro 1 muestra la distribución de cargas en dicha zona de influencia.
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•
Bocatoma ubicada en la quebrada Tarma a 2 100 msnm, con un desarenador de 2 naves.
•
El sistema de conducción está constituida por un canal rectangular de unos 57 m de longitud,
un sifón que cruza la quebrada Santa Rosa, un canal rectangular de unos 150 m de longitud
y un túnel de aducción con una longitud de 1,545.7 m, con una chimenea vertical.
•
Cámara de carga de 5.0 m de ancho seguido de un pique corto vertical de una longitud de 19
m y diámetro útil de 2.3 m.
•
Conducto forzado de 84 ml de longitud, seguido de un conducto forzado inferior horizontal de
154 m de longitud, ambos de un diámetro útil de 2.3 m
•
Casa de máquinas en superficie, con dos turbinas en la cota 1 975.80 y canal de descarga.La
casa de máquinas contará con dos turbinas Francis, eje horizontal, de 600 RPM, acopladas
directamente a generadores síncronos de 7.40 MVA – 13.8 kV – Fdp 0.85 c/u.
La central tendrá un salto bruto de 122.8 m y un salto neto de 113.8 m para el caudal de diseño de
12.7 m3/s. Los equipos de generación tendrán una capacidad total de 12,600 kW. Su producción,
en los escenarios hidrológicos de avenida y estiaje para condiciones de hora punta (HP) y fuera de
punta (HFP), se resume en el siguiente cuadro:
Avenida
Producción
MW
GWh-año
3.4
Estiaje
HP
HFP
HP
HFP
12.60
13.8
12.60
41.5
7.60
8.2
7.60
24.6
Total
Factor de
Planta
12.6
88.3
0.79
Línea de Transmisión
La línea de transmisión 72.5 kV CH Carpapata III – SE Carpapata I, es el medio por el Proyecto se
conectará al SEIN. Las características técnicas de esta, son las siguientes:
Ítem
Subestación de salida
Subestación de llegada
Carpapata III
Carpapata I
Nivel de tensión
72.5 kV
Capacidad de transmisión
25 MVA
Longitud
Sección nominal
Número de circuitos
Cable de guarda
3.5
Descripción
4 km
AAAC 150 mm2
1
1 OPGW-78.9 mm2
Altitud máxima
2,330 msnm
Altitud mínima
2,020 msnm
SE Carpapata III
Se implementará la nueva subestación elevadora “Carpapata III”, que permitirá la evacuación de la
energía generada de la CH Carpapata III al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional – SEIN, a
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través del sistema existente. Esta subestación se ubicara en un ambiente cerrado dentro de la casa
de máquinas. A continuación se detallan las actividades que se realizarán en la subestación:
•
Bahía de transformación - línea en 72.5 kV para interconexión con la SE Carpapata I,
con un equipo hibrido GIS-AIS, marca ABB, modelo PASS MOO de 72.5 kV - 1600 A –
31.5 kARMS.
•
Implementación de un transformador de 72.5 ± 2x2.5%/13.8 kV - 16 MVA ONAN, con
regulación en vacío en alta tensión.
•
Implementación de cuatro (04) celdas, del tipo metal-clad, 24, kV, 1250 A, 20 kA.
•
Implementación de un transformador de SSAA de 200 kVA – 13.8/0.40-0.23 kV,
tableros de control, protección, medición, SSAA y comunicaciones.
•
Implementación del banco de baterías 110 Vcc – 100 Ah y cargador rectificador
trifásico 220 Vca.
3.6
Ampliación SE Carpapata I
La subestación Carpapata I, que permitirá recepcionar la energía generada de las tres CH
Carpapata e inyectarla al SEIN en las barras 72.5 kV de la SE Condorcocha existente, será
ampliada eel área del actual patio 72.5 / 44 kV, de manera de constituir un sistema de simple
barras, que aloje las bahías de línea y transformación necesarias para la operación, protección y
maniobra de las instalaciones nuevas y existentes. A continuación se detallan las actividades que
se realizarán en la subestación:
•
Reemplazo del autotransformador existente 15 MVA – 72.5/44 kV, por uno nuevo de
16 MVA, el que será instalado en la misma base del transformador actual.
•
Implementación de un sistema de barras 72.5 kV.
•
Implementación de dos bahías de línea y una de transformación 72.5 kV, las que
contaran con un equipo hibrido GIS-AIS, marca ABB, modelo PASS MOO de 72.5 kV 1600 A – 31.5 kARMS.
•
Implementación de tres bahías de 44 kV, las que contaran con un equipo hibrido GISAIS, marca ABB, modelo PASS MOO de 72.5 kV - 1600 A – 31.5 kARMS.
•
Implementación de los tableros de control, protección, medición, y comunicaciones a
ser instalados en la sala de control existente.
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4.
ANÁLISIS DEL SISTEMA ELÉCTRICO
4.1
Análisis en Estado Estacionario
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a. Análisis en Operación Normal
-
Luego del ingreso al SEIN del Proyecto Carpapata III, en ninguno de los escenarios
analizados, se supera la capacidad nominal de operación de las líneas.
-
El nivel de carga de los transformadores T-1 y T-2 de las subestación Condorcocha llega a
valores máximos de 109%. Sin embargo, estos valores están asociados al nivel de carga
programado para los años de operación analizados.
-
Luego del ingreso al SEIN del Proyecto Carpapata III, no se presentan variaciones
significativas en los perfiles de tensión de las barras presentes en la zona de influencia del
Proyecto, encontrándose estos valores dentro de los límites de operación establecidos en
operación normal.
-
Por lo mencionado, de los análisis del comportamiento del sistema en operación normal, se
concluye que las nuevas instalaciones que conforman el proyecto, no afectan de manera
negativa la operación del SEIN.
b. Análisis en Contingencias
-
El análisis de contingencias comprende desconexiones de elementos del sistema que varían
significativamente la operación en la zona de influencia del Proyecto. Se han considerado las
contingencias simples (N-1) que se describen a continuación:
9
9
9
9
9
9
9
Contingencia 1: Fuera de servicio LT 138 kV Oroya Nueva - Caripa.
Contingencia 2: Fuera de servicio LT 138 kV Caripa - Carhuamayo.
Contingencia 3: Fuera de servicio LT 72 kV Condorcocha - Carpapata.
Contingencia 4: Fuera de servicio autotransformador 132/72/6.9 kV en SE Condorcocha.
Contingencia 5: Fuera de servicio CH Huasahuasi I.
Contingencia 6: Fuera de servicio autotransformador T9 - 72.5/44 Kv.
Contingencia 7: Fuera de servicio CH Renovandes.
-
Las contingencias 1, 2, 3, 5, 6 y 7 no generan problemas en la operación del sistema eléctrico.
-
La contingencia 4; Fuera de servicio S autotransformador 132/72/6.9 kV en SE Condorcocha,
origina el sistema eléctrico aislado Condorcocha – Carpapata, en el cual la potencia generada
por la centrales de Carpapata suministran energía únicamente a las cargas asociadas al
trasnfromador T-1 de la SE Condorcocha. En los escenarios de avenida 2016 (sin proyecto), el
sistema aislado necesita rechazar carga ya que la potencia generada por las centrales
Carpapata I y II no logran abastecer de energía completamente a las cargas del
transformador T-1, para dichos escenarios fue necesaria la reducción de 7.4 MW. Sin
embargo, en los escenarios de estiaje 2016 y avenida 2017 el sistema aislado puede operar
de manera estable sin necesidad de rechazar carga, ya que con el ingreso de la central
Carpapata III se logra cubrir toda la demanda asociada al transformador T-1. con Proyecto).
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4.2
4.3
4.4
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Análisis de Cortocircuito
-
Luego de la operación de las instalaciones que conforman el proyecto, no se presentan
incrementos significativos en los valores de cortocircuito.
-
El equipamiento existente y proyectado en las barras de alta y media tensión de la
subestación Condorcocha, Carpapata y centrales Carpapata, presenta capacidad de ruptura de
31.5 kA los cuales se encuentran por encima de los valores de cortocircuito monofásico
calculados en dichas barras.
Análisis de Estabilidad
-
Para los eventos 5 (Falla trifásica franca al 50% de longitud en LT 138 kV Condorcocha –
Carpapata I L-6725), 6 (Desconexión intempestiva de CH Huasahuasi I) y 7 (Desconexión
intempestiva de CH Renovandes) se observa la pérdida de grupos generadores de centrales
hidroeléctricas, lo cual provoca el incremento sostenido de la frecuencia en los grupos
generadores desconectados, tal como se muestra en la Figura 3 referido a la desconexión de
todas los grupos generadores de las centrales Carpapata I, II y III. Ante la ocurrencia de
estos eventos las protecciones de sobrecuencia actuarían sobre los grupos generadores
evitando que presenten daños sobre los mismos. Por otro lado, el resto del sistema (SEIN)
logra mantener el sincronismo y llega a una nueva condición de estado estacionario.
-
Para los eventos restantes, el sistema logra mantener el sincronismo y llega a una nueva
condición de estado estacionario dentro de los límites admisibles de operación post-falla.
Estudio de Coordinación de la Protección
-
Se han evaluado los ajustes de los dispositivos de protección de los grupos de la CH
Carpapata III, la SE Carpapata III, la LT 72.5 Carpapata III, y los nuevos circuitos de la
ampliación de la SE Carpapata I.
-
Los ajustes propuestos para las protecciones presentan buena coordinación ante la ocurrencia
de fallas en el sistema de 72.5 kV y 44 kV.
-
Se han verificado también la coordinación con los dispositivos existentes, habiéndose
propuesto muy pocas variaciones a los ajustes actuales.
-
Se garantiza la correcta operación de los nuevos equipos de protección siempre y cuando se
sigan las recomendaciones del presente estudio.
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ANEXO 02
DIAGRAMAS UNIFILARES