SISTEMAS DE EXCITACIÓN PARA MÁQUINAS SÍNCRONAS

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Aplicaciones Generales  

Con mas de 25 años de experiencia en el diseño y fabricación de sistemas electrónicos para la industria, SEPAC CORP. se ha convertido en uno de los principales líderes para suministrar sistemas excitación para centrales de generación. A lo largo de los años, se han suministrado múltiples sistemas cubriendo una variedad de plantas de generación, utilizando las últimas técnicas digitales con el fin de proporcionar soluciones flexibles y económicas para:

  • Regulación de voltaje en sistemas aislados
  • Control automático de reactivos
  • Control del factor de potencia de unidades
  • Reparto de potencia reactiva entre unidades
  • Control de flujo de reactivos en interconexiones
  • Estabilidad de sistemas interconectados
avr_aplicacion

PLANTAS TÉRMICAS DE GENERACIÓN

No pueden sacarse de línea grandes generadores que producen hasta 600 MVA sin consecuencias, altos costos o alto riesgo de inestabilidad para los sistemas interconectados. Las compañías productoras de electricidad previenen tales incovenientes utilizando reguladores automáticos de voltaje que mantienen los equipos en sincronismo. Los reguladores automáticos de voltaje marca SEPAC están equipados con estabilizadores de sistema de potencia con el fin de asegurar la estabilidad y el sincronismo de los equipos que controlan.

GEOTERM

PLANTAS HIDROELECTRICAS DE GENERACION

En las plantas hidroelectricas la tensión del generador debe ser estrictamente controlada para prevenir daños en la unidad y evitar costosas paradas. Los reguladores automaticos de voltaje marca SEPAC en conjunto con sistemas estabilizadores potencia, protegen con éxito y coadyuvan al mejoramiento de sus condiciones operativas.

PRESA

GENERACION EN PLANTAS DE PROCESOS INDUSTRIALES

Las Industrias siderurgicas, azúcar, cemento e industrias del petróleo generan energía suplementaria para sus propios procesos o cogeneran con las electrificadoras para obtener el máximo provecho de sus productos ó subproductos. Estos generadores privados son controlados por los reguladores automáticos de voltaje marca Sepac, con características propias para cada tipo de aplicación.

 

GEO

Turbinas de Gas

A pesar del funcionamiento al aire libre y altas vibraciones que caracterisan dichos equipos, los reguladores automáticos de voltaje marca SEPAC mantienen constante y estable el voltaje dentro de los requerimiento del usuario.

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  • RAV 1111
  • RAV 1101/1110
  • RAV 1100
  • RAV 111
  • RAV CE/ CEX
  • PSS

El término genérico RAV 1111 encierra 4 modelos de equipos que se distinguen por:

  1. El nivel de voltaje de sus rectificadores: RAV1111
    • Hasta 800V: RAV 1111-LV
    • De 800 a 1500V: RAV 1111 HV
  2. Las características del CPU utilizado en el controlador Drive Master Plus que constituye la electrónica de regulación:
    • CPU de mediana capacidad: RAV 1111-SV
    • CPU de alto rendimiento: RAV 1111-EV

Cada uno de estos modelos responde a la siguiente nomenclatura:

  • RAV 1111-LV - SV
  • RAV 1111-LV - EV
  • RAV 1111-HV - SV
  • RAV 1111-HV - EV

Entre las caracteristicas más importantes sobresale la redundancia tanto a nivel de electrónica de regulación como a nivel de los puentes rectificadores.

Cada modelo cuenta con dos electrónicas de regulación ó dos unidades de control de excitación (UCE´S), en respaldo mutuo y conmutables en caso de falla de una ó de otra.

Cada modelo cuenta con 2 ó 3 puentes rectificadores redundantes en configuración N+1 con capacidad individual de hasta 3,000 amps. es decir con capacidad total de 9,000 amps.

La nomenclatura del sistema de excitación define la cantidad y las caraterísticas de secciones de potencia utilizadas:

  • 3P: 3 puentes en paralelo en secciones independientes.
  • 2P: 2 puentes en paralelo en secciones independientes.
  • 1PD: 1 puente dual (ó redundante) en una misma sección.

Ejemplo:

RAV 1111-HV-EV-3P 770K / 900RAV1111_1

La nomenclatura anterior describe un sistema RAV 1111 con:

  • HV: Alto voltaje en el rango de 800 a 1500 V.
  • EV: CPU de alto rendimiento
  • 3P: 3 puentes en paralelo en secciones diferentes
  • 770K: Modelo del puente rectificador con capacidad de 2,000 amps (ver hoja de selección de los puentes rectificadores)
  • 900: Voltaje de alimentación de los puentes rectificadores.

Por sus características de redundancia total la serie RAV 1111 se aplica a máquinas de gran potencia hasta 600MW y máquinas de mediana capacidad que poseen una importancia estratégica por su ubicación en la red electrica donde se conectan.

SISTEMAS DE EXCITACION PARA ALTERNADORES DE MEDIANA CAPACIDAD RAV 1101 (RAV 1110)

Para unidades que no requieren redundancia total y para las cuales una redundancia parcial es suficiente se ofrecen las dos series: RAV1101

  1. RAV 1101 con electrónica no redundante y puentes de rectificación redundantes
  2. RAV 1110 con electrónica redundante y puentes de rectificación no redundantes

El término genérico RAV 1101 (RAV 1110) encierra 4 módelos de equipos que se distinguen por:

  1. El nivel de voltaje de sus rectificadores:
    • Hasta 800V: RAV 1101-LV (RAV 1110-LV)
    • De 800 a 1500V: RAV 1101- HV (RAV 1110-HV)
  2. Las características del CPU utilizado en el controlador Drive Master Plus que constituye la electrónica de regulación:
    • CPU de mediana capacidad: RAV 1101-SV (RAV 1110-SV)
    • CPU de alto rendimiento: RAV 1101-EV (RAV 1110-EV)

Cada uno de estos modelos responde a la siguiente nomenclatura:

  • RAV 1101-LV - SV (RAV 1110-LV-SV)
  • RAV 1101 LV -EV (RAV 1110-LV-EV)
  • RAV 1101-HV - SV (RAV 1110-HV-SV)
  • RAV 1101-HV - EV (RAV 1110-HV-EV)

La nomenclatura del sistema de excitación define la cantidad y las caraterísticas de secciones de potencia utilizadas:

  • 3P: 3 puentes en paralelo en secciones independientes.
  • 2P: 2 puentes en paralelo en secciones independientes.
  • 1PD: 1 puente dual (ó redundante) en una misma sección.
  • 1P: 1 puente en su propia sección.

Ejemplo:

RAV 1101-LV-EV-2P 330K / 220RAV1101_1

La nomenclatura anterior describe un sistema RAV 1101 con:

  • Electrónica no redundante
  • Puentes de rectificación redundantes
  • LV: Bajo voltaje
  • EV: CPU de alto rendimiento
  • 2P: 2 puentes en paralelo en secciones diferentes
  • 330K: Modelo del puente rectificador con capacidad de 725 amps (ver hoja de selección de los puentes rectificadores)
  • 220: Voltaje de alimentación de los puentes rectificadores.

Por sus características de redundancia parcial las series RAV 1101 y RAV 1110 se aplican a máquinas de mediana capacidad ó máquinas de pequeña capacidad que posee una importancia estratégica por su ubicación en la red electrica donde se conectan.

SISTEMAS DE EXCITACION PARA ALTERNADORES DE PEQUEÑA CAPACIDAD RAV 1100

Para unidades que no requieren redundancia y para las cuales un esquema austero y económico es suficiente para la aplicación considerada, se ofrecen los sistemas de excitación RAV 1100 que se caracterizan por: RAV1100

  1. Electrónica de regulación no redundante
  2. Puentes rectificadores no redundantes

Para estas máquinas los rectificadores utilizados suelen ser de bajo voltaje.

Las características del CPU utilizado pueden ser:

  • CPU de mediana capacidad: RAV 1100-SV
  • CPU de alto rendimiento: RAV 1100-EV

Por lo que cada uno de estos modelos reponde a la siguiente nomenclatura:

  • RAV 1100- LV - SV
  • RAV 1100- LV - EV

La nomenclatura del sistema de excitación define la cantidad y las caraterísticas de secciones de potencia utilizadas:

  • 2P: 2 puentes en paralelo en secciones independientes.
  • 1P: 1 puente en sección propia.

Ejemplo:

RAV 1100-LV-SV-1P-45K/125RAV1100_1

La nomenclatura anterior describe un sistema RAV 1100 con:

  • Electrónica no redundante
  • Puente de rectificación no redundante
  • LV: Bajo voltaje
  • SV: CPU de mediana capacidad
  • 1P: 1 puente rectificador
  • 45K: Modelo del puente rectificador con capacidad de 108 amps (ver hoja de selección de los puentes rectificadores)
  • 125: Voltaje de alimentación de los puentes rectificadores.

Por sus características de no redundancia los sistemas de excitación de la serie RAV 1100 se adaptan a máquinas de pequeña capacidad ó máquinas de mediana capacidad cuando su ubicación en la red interconectada no tiene una importancia estratégica.

SISTEMAS DE EXCITACION PARA EXCITATRIZ PRINCIPAL Y SISTEMAS BRUSHLESS

RAV 111/RAV 101/RAV 110/ RAV 100rav111

Para los excitadores rotatorios de C.D. o para las máquinas rotatorias de tipo brushless, los sistemas de excitación de la serie 100 controlan el excitador principal que provee la corriente de excitación al campo del generador y regulan el voltaje terminal del mismo.

Todas las características enumeradas en las series RAV 1111/ RAV 1101 / RAV 1110/ RAV 1100 se aplican para las series RAV 111/ RAV 101/ RAV 110 /RAV 100 (ver descripciones correspondientes)

Las CPU´s del controlador Drive Master Plus, pueden seleccionarse entre los dos módelos:

  • SV: CPU de mediana capacidad
  • EV: CPU de alto rendimiento

Sin embargo es necesario considerar que los puentes rectificadores son de bajo voltaje (inferior a 800V) y de menor capacidad (hasta 725 amps)

En consecuencia los modelos correspondientes responden a las siguientes nomenclaturas:

  • RAV 111-LV-SV
  • RAV 111-LV-EV
  • RAV 101-LV-SV
  • RAV 101-LV-EV
  • RAV 110-LV-SV
  • RAV 110-LV-EV
  • RAV 100-LV-SV
  • RAV 100-LV-EV

Ejemplo:

RAV 111-LV-EV 1P 100K/125rav111_1

La nomenclarura anterior describe un sistema de excitación tipo BRUSHLESS con:

  • LV: Bajo voltaje
  • EV: Alto rendimiento
  • 1P: Un solo puente en su propia sección
  • 100K: puente rectificador con capacidad de 235 amps. (ver hoja de selección de los puentes rectificadores)
  • 125: voltaje de alimentación del puente rectificador

Los modelos seleccionados dependen de la capacidad de las unidades las cuales presentan un amplio rango desde máquinas pequeñas hasta máquinas de 600MW. Aún cuando la capacidad de los puentes es limitada las características de la electrónica de regulación pueden resultar identicas a las más sofísticadas de la serie 1000.

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CABEZALES ELECTRONICOS  RAV CE  / RAV CEX

 

Los cabezales electronicos o electronica de regulación RAV CE  y RAV CEX  han sido desarollados para extender la vida util de los sistemas de excitación marca SEPAC que se han instalado hace 10 , 15 o 20 años .

La estrategia de modernizacion consiste en conservar las secciones de potencia que solo requieren un mantenimiento rutinario y reemplazar la electronica de regulación analogica por una nueva electronica digital , basada en los controladores digitales Drive Master Plus de ultima generacion, identicos a los que equipan los nuevos  reguladores de las serie RAV 1000 o de las serie RAV  100.

Con lo anterior , se puede asegurar una extensión de vida util de 15 años adicionales . En algunos casos , se ofrece  al usuario una renovación de garantia por 2 años adicionales al terminar los trabajos de modernizacion y de mantenimiento general de sus sistemas de excitación .

La plataforma utilizada es estándar para reguladores marca SEPAC de  unidades pequeñas o unidades de gran capacidad , siendo el desempeño del CPU  del controlador y los esquemas de redundancia ,  la unica diferencia entre un modelo y el otro.

 RAV 111 CE  .           controlador redundante    con CPU de mediana  capacidadrav_ce1
RAV 101 CE  .           controlador no  redundante  con CPU de mediana capacidad

 RAV 111 CEX  .         controlador redundante   con CPU de alto rendimiento
RAV 101 CEX  .         controlador no  redundante   con CPU de alto rendimiento .

Este esquema de modernizacion de sistemas de excitación existentes tambien se aplica a reguladores de otras marcas . Con el fin de conservar una electronica  de regulacion estandar , solo se requiere añadir una seccion de interfase entre las secciones de potencia de cualquier marca y la nueva electronica de regulacion . La ingenieria de detalle para la definición de esta interfase puede ser realizada por nosotros mismos o el propio usuario .

La seccion de interfase puede ser manufacturada por nosotros o implementada por el usuario en las secciones que quedan libres como resultado de las actividades de modernizacion del sistema existente .

ESTABILIZADORES DE SISTEMAS DE POTENCIA    RAV PSS2A

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El estabilizador de sistemas de potencia es un algoritmo autocontenido en el controlador Drivemaster Plus de los sistemas de excitación  marca SEPAC o puede ser suministrado como equipo de proposito especial  RAV PSS  para ser conectado a sistemas de excitación existentes.

En el ultimo caso se suministra  una salida analogía en el rango de + - 10 VCD que se conecta al punto de suma del loop de regulación de voltaje del sistema de excitación .

La funcion  principal del PSS consiste en producir un factor de amortiguamiento  que  estabiliza un proceso cuya dinamica es la de un sistema subamortiguado .

En todos las maquinas generadoras  ,  el rotor del generador que gira a su velocidad de sincronismo evidencia oscilaciones pendulares alrededor de su posición de equilibrio .


Dichas oscilaciones son de diferentes naturalezas y van desde fracciones de Hertz a algunos Hertz .
Dichas oscilaciones estan al origen de fenómenos de inestabilidad de redes interconectadas  que pueden llegar hasta la  desconexion de sistemas por perdida de sincronismo . En consecuencia , mantener estable el rotor dentro de su campo giratorio es una necesidad imperiosa .

 El voltaje de excitación aplicado por el sistema de excitación al rotor del generador permite  modular el par de sincronizacion y  realizar la funcion de amortiguamiento adicional que se desea .

Para ello , el voltage de excitación  debe actuar en conformidad con algunos esquemas tipicos los cuales conforman el algoritmos del PSS .

Mediante operaciones a nivel de señales de potencia electrica y velocidad de turbina , se elabora una señal de potencia de acceleracion ,(  PSS del tipo PSS2A ) ,  la cual mediante tecnicas de filtrado y de compensación mediante redes de avance y retraso de fase de mutiples polos y ceros , define la funcion de transferencia idonea para lograr el resultado esperado .
Como consecuencia , se observan los fenómenos siguientes :

Amortiguamiento de las oscilacione propias del generador
Amortiguamiento de las oscilaciones de baja recuencia producidas por los sistemas interconectados .
Disminucion de variaciones del angulo interno de  las unidades
Disminución del riesgo de perdida de sincronismo de las unidades .

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Descripción General

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2 Nomenclatura
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3 Selección de convertidores
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4 Características comparativas Serie 1000
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5 Características comparativas Serie 100
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6 Alcance de suministro
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7 Especificaciones Tipicas
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