DIAGNOSTICO DE ALARMAS Y DISPARO DE LA UNIDAD LM6000 G.E. A DIESEL EN LA CENTRAL TERMICA ELECTROQUIL S.A.

INTRODUCCION En las centrales de generación eléctrica se necesita que sus operadores estén capacitados y cuenten con todas las herramientas necesarias, que permitan detectar y despejar algún tipo de falla que provoque la interrupción del suministro de energía eléctrica causando perdidas económicas, y a la vez exponiéndose a algún tipo de sanción por parte de los entes reguladores como el CENACE. El objetivo principal en la ejecución de este proyecto consiste en la optimización del tiempo requerido para solucionar cualquier tipo de desperfecto que pudiere presentarse en la Central, sean éstos de tipo eléctricos o mecánicos, con este propósito se ha implementado una base de datos que recopila toda la información concerniente a las unidades de generación; elementos de campo, señales de proceso, ubicación de los tableros, etc. Esta base de datos interactúa conjuntamente con un programa computarizado el cual iniciará la búsqueda de toda la información disponible a cerca de la alarma o elemento fallado guiando al operario al lugar y elementos exactos donde se ha presentado el problema permitiéndole al mismo un ahorro sustancial de tiempo.

LA CENTRAL ELÉCTRICA ELECTROQUIL S.A.

CARACTERSISTICAS GENERALES Capacidad de Generación: 180 Mw. Numero de Unidades: 4 de 45 Mw. Modelo: LM6000 G.E. Tipo de Combustible: Diesel

ELEMENTOS CONSTITUYENTES.

EQUIPO DE ALMACENAMIENTO Tanques de Combustible 2 elementos de 900.000 Glns. 3 elementos de 220.000 Glns. Tanques de Agua 1 elemento de 800.000 Glns. 4 elementos de 1.500 Glns. 1 elemento de 900 Glns

EQUIPO DE TRATAMIENTO DE COMBUSTIBLE CENTRÍFUGAS DE ACEITE MINERAL CON TAMBOR Operación automática Modo de operación continua Auto limpieza de discos y tazón Alta concentración de sólidos Puede ser usado como clarificador Bajos niveles de ruido

EQUIPO DE TRATAMIENTO DE AGUA Clarificador Osmosis Inversa Desmineralizador

EQUIPO DE ENFRIAMIENTO Tanque #4 de 220.000 Glns. Bombas centrifugas Motores eléctricos de 5 y 3 Hp. Unidad de enfriamiento ¨Chiller¨

EQUIPO MECANICO TURBINA A DIESEL LM6000GE Características: LM = Land and Marine 6000 x 10 = 60000 Hp. SPRINT = Incrementa potencia en aproximadamente 3.9 MW

COMPONENTES Alabes guías móviles a la entrada del LPC (VIGV). 5 etapas en el Compresor de baja presión (LPC) 14 etapas en el Compresor de alta presión (HPC) Combustor anular. 2 etapas en la Turbina de alta presión (HPT). 5 etapas en la Turbina de baja presión (LPT) Caja de engranajes (GB) Caja de engranajes para accesorios (AGB)

TURBINA LM 6000 (Vista de componentes) Alabes guías móviles a la entrada del LPC (VIGV). 5 etapas Compresor de baja (LPC) 14 etapas Compresor de alta (HPC) Combustor anular 2 etapas Turbina de alta presión (HPT). 5 etapas Turbina de baja presión (LPT) Compresor estructura posterior Compresor Est. Del. Colector de aire de las válvulas de sangrado (VBV) GearBox Accesorio Turbina Parte post.

OPERACION El aire entra por VIGV y pasa al Compresor de baja (LPC) con un radio de compresión 2.4:1; luego pasa al compresor de alta (HPC) con un radio de compresión 12.5:1. Total de compresión 30:1. Entre estos dos compresores se encuentran las válvulas de sangrado VBV. El aire que sale desde el HPC se dirige al combustor para mezclarse con el combustible proveniente de 30 inyectores. La mezcla aire/combustible es encendida por dos bujías las cuales se apagan una vez que la combustión es auto sostenida. Los gases calientes resultantes de la combustión pasan a la HPT la cual impulsa al HPC. Estos gases se expanden en la LPT e impulsan al LPC y este, a su vez, mueve la carga.

EQUIPO HIDRAULICO Reservorio hidráulico. Un equipo de enfriamiento. Bomba de enfriamiento. Bomba hidráulica: Bomba de carga y bomba principal Motor de arranque hidráulico Línea de drenaje central Válvula Bypass Control electrónico amplificador Motor de la bomba de conducción.

EQUIPO ELECTRICO Generador Eléctrico Características: Fases 3 Potencia Nominal 45 MW Tensión nominal 13.8 ± 5% KV Factor de Potencia 0.85 Números de polos 2 Velocidad 3.600 rpm. Frecuencia 60 Hz.

DESCRIPCION Un generador convierte la fuerza mecánica rotacional en energía eléctrica. El Generador que equipa los paquetes de Electroquil es de marca BRUSH, es trifásico, de dos polos, con excitación del tipo sin escobillas y una potencia nominal de 57.412 MVA, en condiciones ideales, cuando esta accionado por la fuerza motriz de una turbina a gas LM6000 que produce 60000 HP en el eje. Tiene enfriamiento de aire de circuito abierto, el cual es la mayor consideración al realizar el diseño del mismo. El generador está instalado en una caja aislada y presurizada para evitar el paso de gas explosivo del compartimiento de la turbina al del generador en donde existe la posibilidad de ignición.

GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA COMPONENTES Ventilador montado en el eje Ventilador montado en el eje Sello de aceite Sello de aceite Ducto de aire de enfriamiento Rodamiento Estator del excitador Devanados del estator Núcleo del estator Diodos rotatorios Rotor Cobertura de los extremos del rotor Cobertura de los extremos del rotor Rotor Generador de magneto permanente Rotor del excitador Generador de magneto permanente

SUBESTACION y TRANSFORMADORES La Subestación se divide en 2 grupos: Distribución Eléctrica Sistema de 69 KV Distribución Eléctrica Sistema de 138 KV Transformadores: TE1, TE2, TE3, TE4 TA1, TA2, TA3, TA4 TIC

SUB-ESTACION SISTEMA 138KV

SISTEMA DE CONTROL HIDRAULICO

Componentes: Bomba de engranajes (desplazamiento positivo). Líneas de suministro, retorno, y purga. Filtros sistema hidráulico ( 12 micrones). Sirve para suministrar aceite a los actuadores de: Válvula de combustible Válvula de agua de inyección. Válvula de gas.

DIAGRAMA DEL SISTEMA HIDRAULICO

PROTECCIONES

PROTECCIONES DEL GENERADOR 24 Alarmas por sobre excitación y disparo por sobre excitación instantáneas o extendidas. Incluye funciones de ajustes instantáneos, de retardo y de reposición. 27 Alarmas por una excesiva caída de voltaje causada por sobrecargas. Previene la propagación de fallas. 32 Disparo por flujo de corriente inversa dentro del generador. Incluye tiempo de retardo y evita disparo por transciente. 40 Detecta perdidas de excitación en el generador y previene sobre velocidad por disminución de potencia. 46 Detecta desbalance en las corrientes de carga y genera una alarma. La reposición es inhibida por un retardo proporcional a la duración del desbalance 51V Censa voltajes y corrientes de fase. Como disminución de voltaje, la perdida de corriente es necesaria para el disparo del relé 86 Lockout; para altos voltajes el disparo ocurrirá para valores de corrientes altos. 59 Detecta condiciones de sobre voltaje con tiempo de retardo ajustable de disparo para condiciones instantáneas y retardos. 81 Disparo para condiciones de sobre o baja frecuencia. La baja frecuencia causa calentamiento al generador; la sobre frecuencia causa daño a las cargas conectadas. 86 Disparo en al salida del interruptor del circuito si otro relé interconectado detecta condiciones inseguras. 87 Entrada/Salida

SISTEMA DE CONTROL WOODWARD NETCON 5000

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA Este sistema esta configurado para dos niveles de automatización: Control de proceso: Sistema de instrumentación, parámetros, confiabilidad y facilidad de mantenimiento. Entre sus funciones controla: velocidad, flujo de combustible-agua, ajuste de frecuencia, potencia constante. Supervisión del proceso: Interacción del sistema con los operadores, interfase grafica montada en un computador, cobertura completa para la supervisión de las unidades.

CONTROL DE PROCESO El control del proceso tiene como herramienta principal el sistema de instrumentación cuyo propósito es darle sentido a los parámetros de la maquina para su operación y monitoreo con alta confiabilidad y facilidad de mantenimiento. El sistema de instrumentación consiste de: 2 sensores de velocidad ( XN2.5) en el rotor de alta presión 1 elemento de prueba de presión (P4.8) a la entrada del LPT. 2 sensores de velocidad ( XN2) en el rotor del LPC. 1 elemento de prueba de temperatura y presión total (T2/P2) a la entrada del LPC 2 sensores de velocidad ( XNSD) en el rotor del LPT. 1 elemento de prueba de temperatura y presión total (T2.5/P2.5) a la entrada del HPC 8 sensores de temperatura ( T48) a la entrada del LPT. 2 sensores de posición para los alabes móviles del estator (VSV). 2 acelerómetros. 2 sensores de posición para la válvula variable de paso (VBV). 2 sensores de flama en el combustor. 2 sensores de posición para los alabes móviles guías de admisión 7 detectores de temperatura por resistencia (RTDs). 1 sensor de temperatura a la descarga del HPC. 3 detectores magnéticos de residuos en el aceite lubricante.

ARQUITECTURA DEL SISTEMA

PROGRAMAS PARA EL CONTROL Y MONITOREO DE LAS UNIDADES GENERADORAS.

PROGRAMAS PARA EL CONTROL Y MONITOREO DE LAS UNIDADES GENERADORAS Los programas que le permitan interactuar con la Maquina son: InTouch: Interfaz hombre-maquina (permite visualizar y controlar procesos) GAP: Crea programas de aplicación en formato de bloques. Control Assistant: Provee las herramientas para desarrollar sistemas de diagnostico avanzados.

SISTEMA DE MONITOREO ADMINISTRACION INTEGRAL DEL SISTEMA NETCON5000 INGENIERIA Y DESARROLLO LENGUAJE Ladder

HERRAMIENTAS UTILIZADAS PARA DETECTAR FALLAS EN LA UNIDAD LM6000GE

Combinación de letras y números CÓDIGO ALFANUMÉRICO Combinación de letras y números MANUALES DE OPERACIÓN DE LA LM6000 Documentos, manuales, catálogos, planos, diagramas,etc. Manuales de operación divididos en tomos LISTADO DE ALARMAS Manual proporcionado por la compañía fabricante del sistema NETCON 5000 SOFTWARE DE APLICACION Se Organizo información de las hojas de trabajo del NETCON 5000 Excel, búsqueda de presentación en pantalla del operador, Base de datos en Access, programa desarrollado en Visual Basic.

PROCEDIMIENTO PARA EL DIAGNOSTICO DE ALARMAS Y DISPAROS DE LA UNIDAD LM6000GE

DESCRIPCION DE PROCEDIMIENTOS PARA FALLAS EN LAS UNIDADES Listado de alarmas y disparos. Elaboración de la Base de Datos.

Códigos alfanuméricos Dirección en el DCS Elemento de campo HERRAMIENTA INFORMATICA PARA LA DETECCION Y DIAGNOSTICO DE FALLAS Base de datos Códigos alfanuméricos Dirección en el DCS Elemento de campo Reporte impreso

PROCEDIMINETO PARA DETECTAR FALLAS CON LA AYUDA DE LA HERRAMIENTA INFORMATICA Inicio de sesión Ingreso de usuario Ingreso de contraseña Menú-formularios-consulta Ingreso de alarma-consultar Reporte impreso Adicionalmente la herramienta nos proporciona: Notas Abreviaciones Códigos de acción (Action codes) Ingreso de nuevos códigos de alarmas

DEMOSTRACION DE LA HERRAMIENTA INFORMATICA

EJEMPLO 1 SEÑAL DE ALARMA EN LA SECCION DE ALTA PRESION DE LA TURBINA Causa: Falla del elemento Termocupla (TE-6844), activación de alarma preventiva en la pantalla del operador.

PANTALLA DE OPERACION Elemento de Temperatura (Termocupla) Cod.Alarm:R1_1A6.T48_B

R1_1A6.T48_B T48B LPT INLET GAS TEMP (UP) TE-6844 IN K -40-2000 350/1900 NOTE7 DEGF 1750 DEGF > NOTE 6 NOTE 5 DEGF > NOTE 5 1 6 1 UR1.1A6J1- W106 - TBA106-2 611 - -

ANALISIS Y CONCLUSION Se ingresó el código generado por el NetCon 5000, el programa dio los resultados y se estableció que el elemento efectivamente se encontraba averiado, inmediatamente se procedió a sustituir el mismo. Elemento dañado: (TE-6844) - HPT

EJEMPLO 2 SEÑAL DE ALARMA POR ALTA TEMPERATURA EN SISTEMA DE SUMINISTRO DE ACEITE LUBRICANTE Causa: Elementos de Temperatura (TE-6023, TE-6021, TE-6035, TE- 6036 y TE-6025) del sistema de suministro de lubricación de aceite del generador marcaron temperaturas de hasta 205 F (96.1 C) lo que dio una señal de alarma y posteriormente la siguiente acción: parada rápida con disparo de la unidad, inmediatamente se paralizó el suministro de combustible y se disparó del disyuntor.

Elemento termico

ANALISIS Y CONCLUSION Se ingresó el código generado por el NetCon 5000, el programa hace referencia a lo siguiente: El Generador será inhibido de arrancar si la temperaturas en sus cojinetes esta por debajo de 14 F y que el calentamiento del aceite lubricante tiene como función calentar los rodamientos a 68 F para conservar su viscosidad Se procedió a revisar el sistema de suministro de aceite lubricante, intercambiadores de calor, bombas centrifugas, líneas de retorno de aguas, alineamiento de válvulas (cheque y control de agua), filtro de arena en la línea de retorno de agua. Elemento dañado: Filtro de arena en la línea de retorno de agua.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Usualmente, el procedimiento para la detección de fallas que conducen a una alarma y disparo en la unidad, conlleva al operador a ejecutar una serie de pasos, como la búsqueda manual de ciertos datos, lo que resta efectividad al proceso. La herramienta informática implementada permitirá al operador optimizar el tiempo de búsqueda de los elementos relacionados con cada una de las fallas que produzcan alarmas o disparos en las unidades, ya que resumiera en una sola pantalla la información mas relevante correspondiente a cada una de ellas, omitiendo pasos intermedio innecesarios. El objetivo del presento trabajo es dar apoyo al operador mas no solucionar por completo la falla, ya que esta puede tener múltiples orígenes. Por tal razón queda a juicio del operario las acciones a seguir para aclarar la falla. La herramienta informática contiene una base de datos que permite modificaciones o actualizaciones dependiendo de las necesidades de la central.

• Se recomienda al operador la implementación y el uso de la herramienta informática, cuyo objetivo principal consiste en la optimización del tiempo requerido para solucionar cualquier tipo de desperfecto o anomalía que pudiere presentarse en las unidades de generación de la Central Térmica Electroquil S.A. sean estas de naturaleza eléctrica o mecánica, de manera que el operario realice su trabajo se manera efectiva. • Es importante realizar el mantenimiento preventivo del conjunto generador turbina, esto permitirá garantizar un correcto funcionamiento del mismo y la no interrupción temporal o permanente del suministro de energía al sistema interconectado evitando así pérdidas de tipo económicas para los usuarios o consumidores del servicio y a la vez no exponiéndose a sanción alguna por parte de los entes reguladores. • Se recomienda de forma permanente se capacite al personal de la central, solo teniendo gente mas instruida se puede ir atenuando los problemas y corrigiendo los errores. Así como también incentivar al personal para que desarrollen herramientas como la que se presenta de tal forma que su trabajo lo realicen de forma eficiente ahorrando tiempo y costos.

FIN