Ing. Robinson Fernández ARRANQUE EN NEGRO (BLACK START) EN EL PROYECTO CICLO COMBINADO TERMOGAS MACHALA Autores Ing. José Espinel Ing. Robinson Fernández

Ubicación Termogas Machala La unidad de negocio Termogas Machala se encuentra ubicada en la provincia de El Oro / cantón El Guabo / sitio Bajo Alto a 35 Km de la ciudad de Machala. Actividad: Generación de Energía Eléctrica usando como combustible Gas Natural

Ubicación Termogas Machala Ubicación: Provincia de El Oro / cantón El Guabo Campo Amistad, Central Térmica Termogas Machala, S/E San Idelfonso

Resumen Actividad en Termogas Machala I La central Termogas Machala tiene dos turbinas de gas (GT`s) funcionales tipo 6FA de producción General Electric, en el patio de generación llamado Machala I.

Resumen Actividad en Termogas Machala I Cada turbina 6FA tiene una capacidad eléctrica de 69,28 MW bajo condiciones ISO y operan en ciclo abierto o simple.

Resumen Actividad en Termogas Machala I Implantación Unidades 6FA

Resumen Actividad en Termogas Machala II Ademas la central Termogas Machala tiene 6 turbinas de gas (GT`s) funcionales tipo TM-2500 de producción General Electric, en el patio de generación llamado Machala II

Circuito 2: Milagro – Machala: Expansión de L/T y S/E 230kV 230kV Circuito 2: Milagro – Machala: S/E Milagro S/E Machala 138kV Circuito 1: Milagro - Machala 138kV S/E San Idelfonso 52-132 52-122 52-112 ESTADO ACTUAL 52-142 52-182 La L/T Milagro Machala es una L/T de doble circuito, se encuentra energizado el circuito 2 138kV Circuito 1: Bajo Alto - S. Idelfonso Circuito 2: Bajo Alto - S. Idelfonso ACAR 1*1200MCM ACAR 2*750MCM 52-2L2 52-CBT 138kV 138kV En caso de falla, son los interruptores que abrirán. En Construcción 2 Unidades de 69MW 6 Unidades de 20MW

Expansión de L/T y S/E EXPLICACIÓN: ESTADO ACTUAL La Generación de Termo Gas Machala esta compuesta de 2 unidades, denominadas 6FA que aportan 138 MW y 6 unidades aéreo derivativas modelo TM2500, con una generación de 120 MW. La Central Termogas Machala actualmente tiene una capacidad de generación de 250MW. La Generación de Termogas Machala se interconecta a la Subestacion San Idelfonso por medio de la Línea de Transmisión Bajo Alto – San Idelfonso, la cual esta aislada para 230kV, doble circuito, durante esta etapa, están unidos ambos circuitos, en ambos extremos de la L/T mencionada. La capacidad máxima de la línea de transmisión en estas condiciones será de 516 MW (L/T Encuellada).

Expansión de L/T y S/E PRIMERA FASE S/E Milagro S/E Machala 230kV 230kV Circuito 2: Milagro – Machala: 2X750 MCM S/E Milagro S/E Machala Circuito 1: Milagro – Machala (2X750 MCM) S/E San Idelfonso 52-132 52-122 52-112 52-142 52-182 138kV Esta. 65 Circuito 2: Bajo Alto - S. Idelfonso (2X750 MCM) Circuito 1: Bajo Alto - S. Idelfonso (1200MCM) 52-2L2 52-CBT En Construcción 138kV 230kV En caso de falla, son los interruptores que abrirán. 2*69MW + 1*77MW 6 Unidades de 20MW PRIMERA FASE

Expansión de L/T y S/E EXPLICACIÓN: PRIMERA FASE En esta etapa se cambiara los transformadores de potencia de la S/E Bajo Alto y por ende el nivel de tensión de transmisión de 138KV a 230KV. Se abrirán los cuellos al inicio y al final de la línea de transmisión Bajo Alto-San Idelfonso para trabajar a distintos niveles de tensión, 230 KV para evacuar la primera fase del proyecto Ciclo Combinado y 138KV para evacuar la energía producida por la unidades TM2500 La Generación de las 3 unidades 6FA que aportan 215 MW, se despachara por el circuito 1 de la L/T Bajo Alto – San Idelfonso y se enlazara con la L/T Milagro – Machala 230kV, doble circuito (encuellada), para interconectarse a la Barra de 230kV de la S/E Machala. La Generación de las 6 unidades TM2500 que aportan 120 MW, se despachara por el circuito 2 de la L/T Bajo Alto – San Idelfonso a un nivel de tensión de 138KV y se interconectara a la Bahía de Línea de la Subestación San Idelfonso.

UNIDAD TERMO GAS MACHALA Expansión de L/T y S/E La Unión 80MW Minas 273MW 230kV 230kV L/T Enerjubones S/E Milagro 750 ACAR 2 x fase 750 ACAR 2 x fase 1200 ACAR 1 x fase 1200 ACAR 1 x fase S/E Machala 750 ACAR 2 x fase 750 ACAR 2 x fase 230kV S/E San Idelfonso 138kV Capacidades de Lineas de Transmisión Nivel de Tensión 138KV 230KV   ACAR 2*750 MCM 316 527 MW ACAR 1*1200 MCM 200 319 ACAR 1*397.5 MCM 113 181 1200 ACAR 1 x fase 750 ACAR 2 x fase 750 ACAR 2 x fase 120Mw 6 Unidades de 20MW 138kV UNIDAD TERMO GAS MACHALA 2*69MW + 1*77MW FASE FINAL Ciclo combinado 215MW 110MW

Expansión de L/T y S/E EXPLICACIÓN: FASE FINAL En la S/E San Idelfonso esta contemplado la construcción del patio de 230kV, en esquema doble barra con 11 bahías, ampliación el patio de 138kV con dos bahías y la instalación de un auto transformador de 250 MVA (230/138/13.8KV) Construcción de una nueva línea de transmisión, Bajo Alto – San Idelfonso doble circuito, a nivel de 230kV. La Generación de Ciclo Combinado que esta en proceso de adquisición con una capacidad de 110MW, se despachara por el circuito 1 de la L/T Bajo Alto – San Idelfonso, a nivel de 230kV. La Generación de las unidades 6FA que aportan 120 MW y una unidad adicional de 77 MW que están en proceso de adquisición, se despachara por el circuito 2 de la L/T Bajo Alto – San Idelfonso a nivel de 230kV. La Generación de las unidades 7TM que aportan 140 MW, se despachara por los dos circuitos de la nueva L/T Bajo Alto – San Idelfonso a nivel de 138kV.

Extracto del SNI 2015 La L/T Milagro Machala es una L/T de doble circuito, se encuentra energizado el circuito 2

Arranque de Unidades 6FA Se tienen dos tipos de arranque en base al tiempo en que la máquina ha salido fuera de servicio.

Arranque en Caliente Ocurre cuando se arranca la unidad en un tiempo menor a 3.5 horas luego de haber salido de servicio. En este tiempo el rotor se encuentre girando a un 16% de su velocidad nominal, los álabes permanecen calientes y se procede a arrancar la unidad, los parámetros velocidad, frecuencia, voltaje y potencia se muestran en la figura

Arranque en Caliente Velocidad de rotación : 5235 rpm Velocidad: 16% Tiempo: 22min. (para llegar a V nom.) Luego de los 22min el generador se lo puede llevar a su potencia máxima de generación 65MW

Arranque en Frío Ocurre cuando se decide arrancar la unidad de generación cuando ésta ha permanecido fuera de servicio un tiempo mayor a 3.5 horas, el rotor se mantiene girando a una velocidad 0.23% Velocidad de rotación : 5235 rpm Velocidad: 0.23% Tiempo: 18min. (para llegar a su V nom.) Luego de llegar a su Vnom. El generador debe permanecer por 30min. a una potencia de 7.5MW luego de éste tiempo se lo puede llevar a 65MW

Ciclo Combinado El proyecto Ciclo Combinado consta de 2 Fases: Fase I: Instalación y puesta en servicio de una nueva unidad generadora modelo 6FA suministrada por General Electric. Cambio de los transformadores con nivel de tensión de 13,8/138 kV a 13,8/230 kV. Fase II: Conversión de la planta de generación a tipo Ciclo Combinado con configuración 3-3-1. Tres recuperadores de calor con by-passes para actuar dentro del Ciclo Combinado. Una turbina de vapor del tipo HP/LP modelo SC5 suministrada por General Electric. Transformador de tensión 13,8/230 kV

Edificio Turbina Vapor Ciclo Combinado HRSG-1 Edificio Turbina Vapor 6FA-1 HRSG-2 6FA-2 HRSG-3 6FA-3

Principales beneficios del Proyecto Ciclo Combinado Ciclo Simple Ciclo Combinado 6FA-1 69MW 6FA-2 6FA-3 77MW Turbina a Vapor 110MW TOTAL 130MW 317MW Eficiencia 34% 53% Consumo de Gas 35 MM 53,5 MM Reducción del costo de Operativo de Termogas Machala de USD35 por MW a USD22 por MW

Principales beneficios del Proyecto Ciclo Combinado Unidad Generadora Potencia Nominal (MW) 6FA-1 69 6FA-2 6FA-3 77 SC-5 110 TM´s 2500 120 Capacidad Instalada Total 445 MW

Arranque en Negro El arranque en negro (Black Start) es la capacidad que tiene una planta de generación de energía eléctrica para arrancar de manera aislada sus unidades de generación, mediante el uso de fuentes auxiliares propias de suministro de energía de emergencia

Características Black Start Facultad de arrancar una o varias unidades generadoras Capacidad de energizar la línea de transmisión Control de frecuencia y tensión Arrancar de forma consecutiva Sistemas de comunicación para pruebas periódicas Absorber potencia reactiva mientras opera en el área sub-excitada Disponibilidad 24 horas/día, 7 días/semana

Black Start en el Ciclo Combinado La nueva Turbina a Gas 6FA-3, va a contar con un grupo de tres generadores de emergencia a un nivel de tensión de 4.16kV y con una potencia de 2.8MW cada uno, dando una potencia total de 8.4 MW, suficiente para suministrar de energía a los sistemas auxiliares y la excitatriz del generador.

Situaciones para Back Start Falla en la subestación Milagro. La subestación Milagro es nuestra conexión principal con el Sistema Nacional Interconectado, por intermedio de la subestación San Idelfonso a un nivel de tensión 138 kV, por lo que ante una falla se tienen las siguientes opciones de alimentación: Alimentación por la interconexión con Perú en la subestación Zorritos. Auto alimentación por medio del generador a diésel (Black Start)

Alimentación por la interconexión con Perú Esta energización esta limitada por la capacidad del transformador de interconexión disponible en la subestación Machala con 167 MVA.

Auto alimentación por medio del generador a diésel (Black Start) La central Termogas Machala actualmente realiza el Black Start desde un generador a diesel con capacidad 750 KW y energiza a la unidad TM-3. Para el proyecto Ciclo Combinado se realizará el Black Start por medio de las unidades 6FA.

Situaciones para Back Start Falla en el Sistema Nacional Interconectado (BLACK OUT) Las unidades generarían en modo isla, es decir, suministrando energía a la demanda más cercana, en nuestro caso es la carga de la provincia de El Oro. Al trabajar en isla se tiene que tener cuidado en el control de frecuencia (+-2 Hertz) y tensión (+-5%).

Situaciones para Back Start Falla en el Sistema Nacional Interconectado (BLACK OUT): Nuestra central tendrá arranque en negro por medio de la 6FA-3, pero en caso de que no este disponible por mantenimiento, se podrá arrancar la 6FA-1 o 2, mediante la energización de la barra de 138kV.

Arranque en Negro (Black Start) Cuando se realiza arranque en negro por medio de la unidad 6FA-3: Alimentamos a los auxiliares y a la excitatriz de la unidad 3 por medio de el banco de generadores a diésel disponibles.

Arranque en Negro (Black Start)

Arranque en Negro (Black Start) Cuando se realiza arranque en negro por medio de la unidad 6FA-1: Se energiza la barra a un nivel de 230 kV por medio del banco de generadores a diésel ubicados en la unidad 3

Arranque en Negro (Black Start) Arranque 6FA-1

Arranque en Negro (Black Start) Cuando se realiza arranque en negro por medio de la unidad 6FA-2: Se energiza la barra a un nivel de 230 kV por medio del banco de generadores a diésel ubicados en la unidad 3

Arranque en Negro (Black Start) Arranque 6FA-2

Conclusiones Mediante el sistema de Black Start se podrá arrancar el trubogenerador a gas 6FA-3 y en caso de que esta no se encuentre disponible se podrá arrancar a la unidad 6FA-1 o 6FA-2 con el fin de tener una mayor confiabilidad en nuestra central. Se podrá tener a la central operando en aproximadamente 1 hora.

GRACIAS !!!