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Estudios para el Refuerzo de la Capacidad
de la Línea 220 kV Mantaro-Socabaya
Junio, 2009
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Agenda
OBJETIVO
ESTUDIOS PARA EL REFUERZO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA DE
TRANSMISIÓN 220 KV MANTARO-COTARUSE-SOCABAYA
Estudios eléctricos
Incremento de la Capacidad de la Línea por Límite Térmico del
Conductor
Mejora de Confiabilidad por Descargas Atmosféricas
Presupuesto y Cronograma
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Presentar un resumen ejecutivo de los
estudios efectuados para definir las obras
necesarias en la línea Mantaro-Cotaruse-
Socabaya con la finalidad de aumentar su
capacidad de transporte y mejorar su
desempeño ante descargas atmosféricas.
El proyecto se justificó por:
el constante y progresivo crecimiento de
la demanda eléctrica de la región sur;
las proyecciones de crecimiento de la
demanda en el corto y mediano plazo; y
la insuficiente infraestructura de
transmisión y generación prevista en el
corto y mediano plazo en esta parte del
país que soporte eficientemente la
demanda respectiva.
OBJETIVO
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CARACTERÍSTICAS DE LA LÍNEA
LL TT Tramo
Mantaro-
Cotaruse
Tramo
Cotaruse-
Socabaya
Longitud (km) 292 311
Reactancia (Ohm) 112 120
Doble circuito 2 Cond/fase,
2 cable/G
2 Cond/fase,
2 cable/G
Número de
estructuras
1245
Reactores Shunt en Cotaruse
Potencia (Mvar) 2x50 Mvar 2x50 Mvar
Compensación serie en cada circuito Cotaruse
Corriente nominal (A) 630 630
Reactancia (Ohm) 58 72
Porcentaje (%) 50 60
OBJETIVO
En febrero de 1998 CTM y el estado peruano suscribieron el Contrato BOOT para el diseño,
construcción y explotación de la línea de 220 kV Mantaro-Socabaya, con una capacidad de
transmisión de 300 MW, medido en la barra de retiro.
Los conductores de la línea son 2 ACSR 362.5 mm2 (Starling), a excepción de 13 vanos
donde se ha utilizado el conductor AAC Condor (2 conductores por fase) y de otros 3 vanos
donde se ha utilizado el conductor ACSR - Colca (1 conductor por fase).
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OBJETIVO
NIVEL TOPOGRAFICO DE LA RUTA DE LA LINEA
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Longitud (km)
Alt
itu
d s
ob
re e
l n
ive
l d
el m
ar
(m
)
S.E. Mantaro Cañon del ColcaRio Pampas
S.E Cotaruse
S.E. Socabaya
CARACTERÍSTICAS DE LA LÍNEA
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Número de Pérdidas de
Interconexión
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
N° de Fallas por cada 100 km-año
0
1
2
3
4
5
L-220 kV 3.28 4.25 1.88 2.05 3.93 1.88 1.39
Meta 2009 2.69 2.69 2.69 2.69 2.69 2.69 2.69
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
OBJETIVO
Año MW FU
2000 180 60%
2001 195.1 65%
2002 224.7 74.9%
2003 240.2 80.1%
2004 245.1 81.7%
2005 248.7 82.9%
2006 265.1 88.4%
2007 296 98.6%
2008 332.3 110.7%
2009 311.9 103.9%
Factor de utilización
INDICADORES OPERATIVOS
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7 7
Agenda
OBJETIVO
ESTUDIOS PARA EL REFUERZO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA DE
TRANSMISIÓN 220 KV MANTARO-COTARUSE-SOCABAYA
Estudios eléctricos
Incremento de la Capacidad de la Línea por Límite Térmico del
Conductor
Mejora de Confiabilidad por Descargas Atmosféricas
Presupuesto y Cronograma
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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ESTUDIOS ELÉCTRICOS
7. Estudio de cortocircuito
Lista de escenarios demanda - generación
Lista de eventos de grandes perturbaciones
6. Estudio de armónicos (para dimensionamiento de filtros por parte del fabricante)
Lista de contingencias N-1
Lista de contingencias N-1
1. Estudio de flujo de carga
2. Estudio de estabilidad de voltaje
3. Estudio de estabilidad transitoria
Lista de maniobras
Lista de eventos de pequeñas perturbaciones
1. Compensación SC requerida permanente y a 30 min
2. Compensación shunt adicional requerida
Valores de capacidad reactiva y capacitiva de la compensación shunt.
Porcentaje variable en SC Capacidad transitoria del SC Curva V/I del SVC Estrategias de control SVC y SC
9. Estudio de estabilidad pequeña señal
1. Requerimientos MOV’s y pararrayos equipos asociados a la compensación
2. Verificar aislamiento equipos existentes
3. Otras medidas remediales
5. Estudio de resonancia subsincrona
1. Ajuste porcentaje variable en SC
2. Scan de frecuencia 3. Otras medidas remediales
Fase 1 de los estudios Fase 2 de los estudios
1. Scan de frecuencia 2. Otras medidas
remediales
1. Capacidad de aguante de cortocircuito equipos SC, asociados al SC y existentes
2. Capacidad de interrupción equipos asociados al SC y existentes
8. Estudio de transitorios electromagnéticos
1. Verificar capacidad transitoria del SC
2. Verificar curva V/I del SVC 3. Estrategias de control SVC y
SC
Lista de maniobras
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Estudios de flujo de carga
1. Red sin contingencia
2. Red con contingencia
Dimensionamiento inicial de la
compensación serie y requerimientos adicionales de compensación shunt inductiva y capacitiva
Xc
I
Continua
30 min
10 s
Curva de capacidad del SC
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA
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De las simulaciones realizadas se puede concluir que es factible incrementar el flujo de potencia por la línea Mantaro – Cotaruse – Socabaya a 505 MVA implementando la siguiente solución:
Incremento de la compensación serie fija (CS) de:
50% a 65% de la reactancia inductiva de la línea entre Mantaro-Cotaruse, y
60 % a 65% de la reactancia inductiva de la línea entre Cotaruse – Socabaya.
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
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Instalación de una compensación “shunt”:
S.E Cotaruse: Dos reactores de 50 Mvar.
S.E Socabaya: Un SVC de -300/100 Mvar 100% variable.
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
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Para el año 2010, el estudio de análisis estacionario con flujo de carga para operación normal y en contingencia indica que es posible transportar hasta 505 MVA por la L/T Mantaro – Coatruse – Socabaya con la solución adoptada
Resumen balance carga/generación simulados
Año Caso simulado Carga total Generación FP Pérdidas
Generación Demanda [MW] [MW] % [%]
2008 Avenida Promedio 3361 3549 0.95 5.30%
Máxima 4067 4279 0.96 4.95%
Estiaje Promedio 3360 3437 0.76 2.23%
Máxima 4257 4474 0.96 4.83%
2010 Avenida Promedio 3872 4075 0.96 4.99%
Máxima 4907 5156 0.96 4.82%
Estiaje Promedio 3872 4057 0.96 4.57%
Máxima 4921 5171 0.96 4.84%
2012 Avenida Promedio 5137 5371 0.97 4.36%
Máxima 6322 6618 0.97 4.47%
Estiaje Promedio 5137 5373 0.97 4.40%
Máxima 6185 6470 0.97 4.40%
2014 Estiaje Máxima 6836 7146 0.97 4.33%
2016 Estiaje Máxima 7285 7603 0.97 4.18% Fuente: Consultor
Carga Zona Sur:
2008: 663 MW
2010: 768 MW
2012: 860 MW
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA
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Flujo de potencia de 500 MW por la L/T Mantaro – Cotaruse – Socabaya a 220 kV Compensación serie recomendada
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA
Condición de Operación Normal Año 2010
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Flujo de potencia de 500 MW por la L/T Mantaro – Coatruse – Socabaya a 220 kV – Compensación serie recomendada
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA Condición de Operación Contingencia Año 2010
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PÉRDIDAS EN LA RED
0.00 MW54.27 Mvar
0.00 MW54.27 Mvar
0.00 MW54.27 Mvar
0.00 MW54.27 Mvar
139.97 MW42.44 Mvar30.93 %
-134.70 MW-54.26 Mvar30.93 %
139.97 MW42.44 Mvar30.93 %
-134.70 MW-54.26 Mvar30.93 %
134.70 MW-36.69 Mvar29.00 %
-129.55 MW23.76 Mvar29.00 %
134.70 MW-36.69 Mvar29.00 %
-129.55 MW23.76 Mvar29.00 %
R-Adicional
0.00 MW108.54 Mvar
-134.70 MW36.69 Mvar29.00 %
134.70 MW54.26 Mvar30.93 %
-134.70 MW36.69 Mvar29.00 %
134.70 MW54.26 Mvar30.93 %
SV
S
SV
C_S
ocab
aya
-0.00 MW-74.86 Mvar
SER22209.80 kV0.95 p.u.167.25 deg
SER21209.80 kV0.95 p.u.167.25 deg
SER12204.56 kV0.93 p.u.142.33 deg
SER11204.56 kV0.93 p.u.142.33 deg
CARMI220
238.87 kV1.09 p.u.160.09 deg
SOCA220
220.00 kV1.00 p.u.146.45 deg
COTARUSE
229.20 kV1.04 p.u.154.52 deg
DIg
SIL
EN
T
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA Condición Operación Normal Reactores Adicionales Cotaruse Año 2010
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Estudio de estabilidad
1. Estabilidad de voltaje
2. Estabilidad transitoria
Dimensionamiento inicial de SVC, ajustes a especificación inicial
de SC y lógica de control.
3. Estabilidad de pequeña señal
Verificar dimensionamiento de SC y SVC y su lógica de control.
Característica V/I de un SVC
0.70
0.85
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
1.35
1.40
V[pu]
ILIC ILnom ILmaxICmax ICnom
Disparo del SVC a 1 seg
Área de operación normal
Activación de la estrategia
de control en condiciones de
muy bajo voltaje
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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SIN SVC
CON SVC
ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD - Curvas PV
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Resultados de los Estudios
El análisis de curvas PV realizado para el año 2010 permite concluir que es posible aumentar el flujo de potencia por la L/T de 280 MW a 505 MVA sin perder estabilidad por voltaje ante condiciones de operación normal y contingencia, es decir, con la solución adoptada.
Con la alternativa conjunta de CS + “shunt” (fijo o SVC) en Socabaya es posible transportar 505 MVA por la L/T y los voltajes se mantienen dentro de los límites establecidos.
Con la opción de incremento de CS en Cotaruse a 65%/65% + SVC en Socabaya los voltajes en las tres subestaciones presenta un perfil adecuado: si no se incrementa la CS el voltaje en Cotaruse tiende a estar por debajo de 1.00 y con la opción de “shunt” fijo en Socabaya el voltaje tiende a estar por encima de 1.05.
En las simulaciones se observa que el SVC debería tener una capacidad mínima 300 MVAR capacitivos.
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Curvas análisis PV sin compensación adicional– Normal
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Curvas análisis PV sin compensación adicional– Contingencia
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Curvas análisis PV con la solución incremento de CS+SVC – Normal
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Curvas análisis PV con la solución incremento de CS+SVC – Contingencia
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Resultados de los Estudios
Con la solución implementada en el sistema proyectado del año 2012, donde ya se tiene en operación las líneas a 500 kV Mantaro – Caraveli – Montalvo – Marcona, se observa:
Que se elimina por completo la restricción de flujo de potencia desde el Norte – Centro hacía el Sur.
Los resultados permiten concluir que tanto la L/T de 220 Mantaro – Cotaruse –Socabaya con la repotenciación como la de 500 kV mantienen flujos de potencia similares en operación normal y el sistema opera de manera adecuada ante la salida de una de estas líneas, ya sea de manera programada o repentina
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Resultados de los Estudios
Con la topología de la zona sur, el sistema soporta la salida simultánea de los dos circuitos de la L/T Cotaruse–Socabaya con recierre en uno de ellos.
En cuanto a estabilidad de voltaje, ante contingencia sencilla de uno de los circuitos de la L/T Mantaro – Cotaruse, el flujo por el circuito que queda en operación podría transportar hasta 447 MW sin perder estabilidad por voltaje.
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Simulación de estabilidad transitoria ante falla simultánea de los dos circuitos Cotaruse - Socabaya
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Simulación de estabilidad de voltaje ante falla de uno de los dos circuitos Mantaro - Cotaruse
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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Resultados de los Estudios
Para los años 2014 y 2016:
La solución funciona de manera adecuada tanto en operación normal como en
contingencia en estado estacionario como transitorio.
Tal es el caso que en caso de falla de la L/T Mantaro – Caraveli, el flujo por la L/T a
220 KV es del orden de los 650 MW.
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
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ESTUDIO DE RESONANCIA SUBSÍNCRONA
Estudio de resonancia subsíncrona (SSR)
1. Riesgo de resonancia subsíncrona entre generadores y SC
2. Riesgo de resonancia debido a SVC
1. Porcentaje de compensación
serie fija y variable
2. Otras medidas remediales
Este estudio se realiza para determinar el riesgo de problemas de resonancia que causen daños a los generadores y equipos del sistema.
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ESTUDIO DE RESONANCIA SUBSÍNCRONA
A partir de simulaciones con datos
típicos para la máquina térmica más
cercana (TV Ilo2) no se observa que
exista problemas de RSS con el nuevo
nivel de compensación del 65%.
Fuente: Paul Anderson, “Subsynchronous Resonance in Power Systems”.
Estructura del sistema de potencia para análisis dinámicos
Figura 1. Modelo masa-resorte adoptado para este proyecto [1] Fuente: “First Benchmark Model”. IEEE – Modelo de 6 masas.
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ESTUDIO DE ARMÓNICOS Y CORTO CIRCUITO
Estudio de armónicos
Estudio de cortocircuito
1. Verificar el cumplimiento de los
requerimientos de calidad en la forma de onda
de tensión de acuerdo con lo establecido por la
Norma Técnica de Calidad de los Servicios
Eléctricos
2. Medidas remediales (filtros)
1. Determinar los requerimientos de nivel de
aguante de cortocircuito requerido para los
equipos de compensación serie
2. verificar si la capacidad de cortocircuito de
los equipos existentes es suficiente
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ESTUDIO DE TRANSITORIOS ELECTROMAGNÉTICOS
Estudio de transitorios
Calcular Transient
Recovery Voltage
(TRV) en interruptores
ante eventos como:
1. Apertura de fallas
2. Pérdida de carga
3. Desconexión luego
de cierre fuera de fase
4. Apertura con baja
carga
Especificar MOV’s y
pararrayos
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A continuación se muestran los casos simulados:
CASO I : Simulación transitoria - capacitores serie sin protecciones.
CASO II : Simulación transitoria - capacitores serie con protecciones.
CASO III : Simulación transitoria - energización de la línea en vacío sin reactores.
CASO IV : Simulación transitoria - energización de la línea en vacío con reactores.
CASO V : Simulación transitoria - evento de falla doble simultanea, evento ocurrido
el 13 de marzo de 2005.
CASO VI : Simulación transitoria - evento de falla doble simultánea, evento ocurrido
el 18 de marzo de 2007.
Se encontró que no existe problemas de sobretensiones para los casos simulados de
energización de equipos y con los sistemas de protección propuestos.
ESTUDIO DE TRANSITORIOS ELECTROMAGNÉTICOS
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33 33
Agenda
OBJETIVO
ESTUDIOS PARA EL REFUERZO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA DE
TRANSMISIÓN 220 KV MANTARO-COTARUSE-SOCABAYA
Estudios eléctricos
Incremento de la Capacidad de la Línea por Límite Térmico del
Conductor
Mejora de Confiabilidad por Descargas Atmosféricas
Presupuesto y Cronograma
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA POR LÍMITE
TÉRMICO DEL CONDUCTOR
Analizar las obras necesarias de la línea Mantaro - Cotaruse - Socabaya para
lograr una capacidad de transmisión de 505 MVA, medida en el punto de inyección.
No se debe alterar la distribución de estructuras y se debe conservar las distancias
de seguridad al terreno según lo construido.
Para régimen de emergencia y un tiempo no mayor a 30 minutos, el conductor
podrá operar a su límite térmico.
Se aplica el “Código Nacional de Electricidad Suministro”
La verificación de la capacidad de los conductores se realizó mediante los modelos
matemáticos de la IEEE Std 738-2006 “Standard for Calculating the Current-
Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors”, para las siguientes
zonas:.
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CRITERIOS DE DISEÑO MECANICO
DE ACUERDO AL DISEÑO ORIGINAL
N° DESCRIPCION CONDICIONES General
HIPOTESIS 1 HIPOTESIS DE PARTIDA
1,1 Temperatura °C -10
1,2 Presión de viento kg/m² 0
1,3 Tiro Inicial 25%
HIPOTESIS 2 ESFUERZO MAXIMO VIENTO
2,1 Temperatura °C 0
2,2 Presión de viento kg/m² 92
2,3 Tiro Máximo Final 70%
HIPOTESIS 3 ESFUERZO MAXIMO HIELO
3,1 Temperatura °C 0
3,2 Hielo mm 20
3,3 Tiro Máximo Final 70%
HIPOTESIS 4
CARGA COMBINADA
VIENTO - HIELO
4,1 Temperatura °C 0
4,2 Presión de viento kg/m² 42
4,3 Hielo mm 10
HIPOTESIS 5 FLECHA MAXIMA
5,1 Temperatura °C 70 ºC (Zona A)
°C 65 ºC (Zona B)
°C 60 ºC (Zona C)
5,2 Presión de viento kg/m² 0
Fuente: PEMS-LI-CR-01.Rev0 - Summary of Line Design Criteria
AISLAMIENTO
ALTITUD
(msnm) Cantidad Características
h < 2500 19
2500 < h < 3500 21
3500 < h < 5000 23
254 x 146 mm
120 kN - 160 kN
Cadenas Suspensión/Anclaje
DISTANCIAS DE SEGURIDAD
INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA POR LÍMITE
TÉRMICO DEL CONDUCTOR
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Se considero los siguientes criterios:
Temperatura ambiente máxima: De acuerdo a la zona
Tipo de atmosfera: Claro (*)
Velocidad del viento: 0,61 m/s (2,2 km/h)
Hora del día: 12 am
Emisividad del conductor: 0,7
Coeficiente de absorción solar: 0,9
CAPACIDAD ACTUAL DE TRANSMISIÓN
(*) Debido a que en la Zona A predomina tanto atmósferas claras como industriales, se tomó la mas crítica (atmósfera
clara) con la cual hay una mayor intensidad de radiación solar en el conductor
INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA POR LÍMITE
TÉRMICO DEL CONDUCTOR
Se obtuvo la siguiente capacidad de transmisión para las temperaturas de diseño:
Para el conductor Starling, a las temperaturas de diseño de cada zona analizada, es
posible transportar 330 MW (300 MW en el retiro).
Para el conductor Colca, a su temperatura de diseño puede transportar 295 MVA por
circuito. A 75 ºC podría transportar hasta 325 MVA por circuito (distancia al suelo > 8 m).
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Se determinó la temperatura de operación del conductor Starling, transportando una
potencia de 505 MVA por circuito, obteniéndose:
En condiciones normales de operación, la temperatura del conductor Starling es menor a
la máxima admisible (75ºC); esto es, no hay problemas en cuanto a su límite térmico.
Para el caso del conductor Colca su temperatura de operación supera el limite térmico
(75 °C), por lo que se recomienda una variante de línea.
Para el conductor Starling, se realizó cálculos mecánicos para determinar el incremento
de flecha, obteniéndose los siguientes incrementos de flecha, dependiendo de la zona:
INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA POR LÍMITE
TÉRMICO DEL CONDUCTOR
VERIFICACIÓN DE CAPACIDAD DE TRANSMISIÓN DE 505 MVA
EN RÉGIMEN PERMANENTE – CONDICIONES NORMALES
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Se determinó la capacidad de transmisión del conductor operando en su límite térmico
(75 ºC), obteniéndose que el límite térmico es 536 MVA.
CAPACIDAD DE TRANSMISIÓN EN CONDICIONES DE EMERGENCIA
INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA POR LÍMITE
TÉRMICO DEL CONDUCTOR
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CORRECCIÓN DE DISTANCIAS AL TERRENO POR INCREMENTO DE
POTENCIA DE TRANSMISION
Considerando los incrementos de flechas y las distancias al terreno para la nueva
capacidad de transmisión de 505 MVA por circuito, se analizaron alternativas de
corrección, obteniéndose:
Remoción mediante excavación del terreno "Desquinche“
Cuando el tipo de terreno lo permite. Con el programa PLS CADD se determinó el
área infringida, y mediante el programa AUTOCAD CIVIL 3D LAND DESKTOP se
determinó el volumen de excavación necesaria (2,9% de vanos de la línea).
Variante de Línea
En la zona del Cañón del Colca en que el conductor supera el límite térmico, se
analizó la alternativa de una variante de ruta, empleando el conductor Starling.
Cambio de Conductores
Se analizó la alternativa de cambio de conductores por otros de mayor capacidad y
que presenten menores flechas como es el AEROZ. No resultó económico.
.
INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA POR LÍMITE
TÉRMICO DEL CONDUCTOR
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INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA POR LÍMITE
TÉRMICO DEL CONDUCTOR
VARIANTE CAÑÓN DEL COLCA
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De acuerdo a las condiciones de operación de la línea se tendrían las siguientes
corrientes en los equipos:
Se encontró que no es necesario realizar cambio de los interruptores de potencia,
seccionadores de línea y barra y transformadores de corriente de las subestaciones, ya
que su capacidad actual es suficiente. Así mismo, que es necesario el cambio de los
bancos de condensadores serie de Cotaruse ya que su capacidad actual es 630 A.
Las capacidades actuales de los equipos son:
VERIFICACION DE LA CAPACIDAD DE LAS CELDAS DE
SUBESTACIONES
INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA POR LÍMITE
TÉRMICO DEL CONDUCTOR
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42 42
Agenda
OBJETIVO
ESTUDIOS PARA EL REFUERZO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA DE
TRANSMISIÓN 220 KV MANTARO-COTARUSE-SOCABAYA
Estudios eléctricos
Incremento de la Capacidad de la Línea por Límite Térmico del
Conductor
Mejora de Confiabilidad por Descargas Atmosféricas
Presupuesto y Cronograma
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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El actual desempeño de las instalaciones de la Línea de Transmisión Mantaro–Socabaya
ha sido examinado sin hallar partes o componentes que propicien o sean por si mismas
la causa de las desconexiones por falla ante los impactos de rayo. El actual indicador de
la gestión operativa de la Línea, la coloca en el rango “Satisfactorio” de las Líneas en
220 kV, lo cual quiere decir que para el control de las desconexiones, solo cabe aplicar
medios verdaderamente eficaces.
El principal equipo para el control de las desconexiones por falla por rayo directo al
conductor, es el apartarrayos comercial para líneas eléctricas, también llamado
pararrayos o descargador, que se fabrica con elementos de material semiconductor y
con una cubierta ligera de polímero siliconado.
Su aplicación debe estar orientada a asegurar la protección por derivación en tiempo real
de las corrientes del rayo desde el conductor hacia tierra, con mínimos efectos
intrínsecos debido a la dispersión de dichas corrientes en el suelo al pie de la estructura
con protección; es decir que:
Las Puestas a Tierra deben presentar en lo posible, una Resistencia baja o
moderada (reglamentaria), con una componente de baja impedancia.
Los electrodos de la Puesta a Tierra involucrada deben tener un entorno inmediato
de mínimo gradiente disruptivo (relleno conductivo húmedo).
Las Puestas a Tierra de las torres adyacentes a una o a varias torres consecutivas
protegidas, deben tener moderada o baja Impedancia.
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MEJORA DE CONFIABILIDAD POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
INCIDENCIA DE RAYOS EN LA RUTA DE LA LINEA
De registros de zonas similares de amplitudes de
corriente de rayo y su distribución porcentual en la mayor parte de su trayecto y que inciden sobre la línea, se tiene:
Corriente Media de Rayo al 50%: 40 kA Corrientes Bajas de Rayo al 90%: 10 kA
De información referencial de ElectroPerú para
zonas similares, se infiere la posible incidencia de rayos sobre la ruta:
Zona Torres Longitud
km
IK
días/año
Salida de Campo Armiño 001-071 40 55
Alturas de Huancavelica 072-176 49 60
Alturas de Ayacucho 177-284 57 55
Entrada zona Ayacucho 285-581 146 50
Alturas paso por Apurimac 582-694 54 50
Alturas entrada a Arequipa 695-932 100 45
Descenso Sierra Arequipa 933-1060 65 30
Llegada a lomas Arequipa 1061-1244 92 20
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A la salida de Campo Armiño el suelo es típico de cota media con alta resistividad.
La ruta de alta cota de la línea también se caracteriza por su alta resistividad, debido a la
presencia del basamento rocoso aflorante, es decir poca disponibilidad de material
terroso fino y plástico que se requiere para facilitar la conducción eléctrica.
En la mayor parte de la ruta de la Línea, con excepción de algunos puntos en nivel bajo,
se tiene un suelo de conglomerados compuesto por escasos limos y con predominancia
de materiales resistivos e inertes; a modo de cobertura extensa o dispersa se encuentra
el top-soil que se combina con vegetación menuda, pasto de auquénidos y matas de
paja (dificultoso para lograr una baja resistencia de dispersión en la ruta).
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CARACTERISTICAS DEL SUELO EN LA RUTA DE LA LINEA
Suelos de Material Terroso Común Material Granulado Delgado Roca Monolítica o Fragmentada
Contienen algo de limos y arcillas pero
con escasa sales; su espesor se va
haciendo muy delgado a medida que se
va ascendiendo en las laderas de cerro
hasta llegar a la cumbre, allí puede
tener entre 0,2m a 0,5m
Suelos llanos en cuencas o valles: de
250 Ω.m a 500 Ω.m
Suelos de Ladera baja y suave de 500
Ω.m a 900 Ω.m
Suelos de Ladera alta y empinada: de
900 Ω.m a 1500 Ω.m
Suelos en cumbres o gargantas: de
1500 Ω.m a más
Son típicos de las altas cotas, su
granulometría es similar al de las
arenas finas y como tal son muy
permeables, tienen mínimos limos
arcillas y sales, según su ubicación
pueden tener variados espesores.
Suelos con Top-Soil Disperso: de 1000
Ω.m a 2000 Ω.m
Suelos de apariencia arenosa sin Top
Soil: de 2000 Ω.m a 5000 Ω.m
Suelos con gravas angulosas sin Top
Soil: de 5000 Ω.m a más
Son típicos de las afloraciones del
basamento rocoso en las cumbres, en
las parte alta de las gargantas o en las
laderas altas de los cerros, no admiten
la excavación, solo la limpieza para la
colocación de un electrodo plano, o la
incisión para la canalización de un
conductor filiforme, en ambos casos
con una cobertura de relleno fraguable
Roca Monolítica o Fisurada de 5000
Ω.m a 10000 Ω.m
Roca Fracturada Dispersa: de 10000
Ω.m a 15000 Ω.m
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La tasa media de 0.93 desconexiones/100 km-año de la línea se ubica dentro de los
márgenes que normalmente se obtienen cuando el tamaño promedio de las estructuras
supera los 45m sobre la superficie del suelo, el ángulo de protección es de alrededor de
10° y la Resistencia de puesta a tierra oscila en torno a los 25Ω.
Las alternativas de soluciones técnicas con la perspectiva de reducir la tasa a un nivel de
0,4 desconexiones/100km-año, considerando posibles desubicaciones o falta de
pararrayos en algunas fases y la probabilidad de 20% que siempre habrá de rayos que
llegan a las estructuras, superando la corriente crítica, con altas probabilidades de producir
fallas fase-fase (corto circuito) y minimizar las desconexiones anuales de la interconexión
por fallas simultáneas en los dos circuitos:
Rediseño de los cables de guarda en las zonas con elevado nivel ceraúnico ,
incluyéndose la posibilidad de incluir un cable de guarda adicional.
El Mejoramiento del Aislamiento del Conductor. Con el incremento de 2 elementos
aisladores en cada una de las cadenas de las Torres señaladas en el rango de cotas de
4500m a 5000m. Puede ser difícil su realización por las restricciones de los intervalos
de aire disponibles.
El mejoramiento de la Impedancia de la Puesta a Tierra y como beneficio marginal,
de la resistencia de dispersión en las torres señaladas para tal fin, entre las que
cuentan aquellas que reciben el apartarrayos y las adyacentes.
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MEDIDAS PARA EL CONTROL DE LAS DESCONEXIONES
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El mejoramiento del equipamiento contra sobretensión impulsional en las fases
elegidas de cada torre de ambas líneas, se hace con apartarrayos mediante la
conexión directa a los conductores de fase en las estructuras seleccionadas por la
susceptibilidad a fallas con desconexión. Las fases que reciben la protección no son
todas, salvo que la susceptibilidad haya sido establecida en su máximo nivel. La falla
inversa en una fase, ocasionada por el rayo incidente en la torre, será derivada a
tierra por el apartarrayos previsto en dicha fase. La instalación de los Apartarrayos en
las fases de las líneas ha sido ampliada también a las torres que en el pasado fueron
objeto de mantenimiento por reemplazo de aisladores fogoneados.
Resumen de aplicaciones para la Mejora de Confiabilidad por Descargas Atmosféricas
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MEDIDAS PARA EL CONTROL DE LAS DESCONEXIONES
En 210 Torres se deberá instalar 743 Pararrayos de Línea.
En 291 Torres se prevé la mejora de la impedancia de PAT.
En 281 Torres se prevé la mejora del Aislamiento, de preferencia por sobre la cota 4000 msnm.
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48 48
Agenda
OBJETIVO
ESTUDIOS PARA EL REFUERZO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA DE
TRANSMISIÓN 220 KV MANTARO-COTARUSE-SOCABAYA
Estudios eléctricos
Incremento de la Capacidad de la Línea por Límite Térmico del
Conductor
Mejora de Confiabilidad por Descargas Atmosféricas
Presupuesto y Cronograma
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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• Se ha concordado con el MEM el addendum N°8 al Contrato BOOT, por un presupuesto
de inversión de USD 93,0 Millones, quedando compuesto de la siguiente manera:
• Asimismo, se ha acordado con el MEM establecer un monto fijo para la remuneración
por la operación y mantenimiento que asciende a USD 1’960,000 anuales, lo cual
significa un 2.1% respecto al Valor Estimado de Inversión.
• El plazo acordado con el MEM para implementar el proyecto es de 22 meses.
• El tiempo requerido para:
implementación del SVC+FSC+reactores es 22 meses
la remoción del terreno es 45 días.
la variante del Colca es 12 meses
la implementación de apartarrayos y mejora de PAT es 12 meses.
PRESUPUESTO Y CRONOGRAMA
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PRESUPUESTO Y CRONOGRAMA
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51 51
Agenda
OBJETIVO
ESTUDIOS PARA EL REFUERZO DE LA CAPACIDAD DE LA LÍNEA DE
TRANSMISIÓN 220 KV MANTARO-COTARUSE-SOCABAYA
Estudios eléctricos
Incremento de la Capacidad de la Línea por Límite Térmico del
Conductor
Mejora de Confiabilidad por Descargas Atmosféricas
Presupuesto y Cronograma
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Es posible incrementar la capacidad de transmisión de la línea de 220 kV Mantaro –
Cotaruse – Socabaya de 280 a 505 MVA en condiciones N-1.
Se requiere la instalación en el subestación Socabaya de un SVC de 300 Mvar
capacitivos y 100 Mvar inductivo. Para tamaños menores de SVC se tiene el riesgo de
ingresar a la zona inestable luego de la apertura de cualquiera de las ternas Mantaro –
Cotaruse.
Se requiere incrementar la capacidad y porcentaje de la compensación serie fija (FCS)
existente en la subestación Cotaruse como se indica a continuación:
a) De 50% a 65% de la reactancia inductiva de la línea Mantaro - Cotaruse y,
b) De 60 % a 65% de la reactancia inductiva de la línea Cotaruse – Socabaya.
c) Cambiar el banco de condensadores de 630 A a 1325 A (505 MVA).
También, en la subestación Cotaruse se requiere la instalación adicional de dos
reactores shunt de 50 Mvar cada uno.
Para asegurar la capacidad de la línea de 505 MVA, cumpliendo las distancias de
seguridad según la normatividad, se requiere efectuar remoción mediante excavación
del terreno en el 2.9% de vanos y efectuar la variante en la zona del Cañón del Colca.
Se requiere efectuar obras de mejoras para aumentar el desempeño de la línea de
transmisión ante descargas atmosféricas.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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COMPENSACIÓN SERIE RECOMENDADA
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ESTUDIOS REALIZADOS
1. Estudios del sistema
de transmisión
2. Estudios de interacción con el
sistema circundante
1. Dimensionar la compensación
2. Nueva capacidad de la línea
1. Estudio flujo de carga
2. Estudio de estabilidad transitoria
3. Estudio de estabilidad de tensión
1. Efectos colaterales de la compensación
2. Determinar requerimientos protecciones y
automatismos
1. Estudio de estabilidad de pequeña señal
2. Estudio de resonancia subsíncrona y armónicos
3. Estudio de transitorios electromagnéticos
4. Estudio de cortocircuito
Especificación para la compra de:
- SVC - Compensación serie
- Reactores - Equipos asociados
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ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA
COMPENSACIÓN SERIE RECOMENDADA
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ESTUDIOS ELÉCTRICOS
ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA
COMPENSACIÓN SERIE RECOMENDADA
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ESTUDIO DE TRANSITORIOS ELECTROMAGNÉTICOS
Modelo ATP utilizado
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ESTUDIO DE TRANSITORIOS ELECTROMAGNÉTICOS
Corrientes banco norte línea L-2052 Fase A Voltajes en las fases A, B y C
Sobrecorrientes sobre el banco de condensadores en p.u.
Evento Corriente Máxima [p.u]
Energización de los bancos 1.05
Falla monofásica salida de Cotaruse (Fase A) 1.53
Despeje falla monofásica (Fase A) 1.00
Sobrevoltajes en p.u.
Evento
kV Máximo
Mantaro
[p.u]
kV Máximo
Cotaruse
[p.u]
kV Máximo
Socabaya
[p.u]
Energización de los bancos 1.03 1.16 0.75
Falla 1Ø “A” salida de Cotaruse. 1.14 1.49 0.76
Despeje falla 1Ø Fase “A”. 1.05 1.37 0.76
RESULTADOS CASO II
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La implementación de un interruptor de puenteo de los bancos de compensación serie en
la S.E Cotaruse ayuda a que la corriente por éstos se reduzca en un 20% en nivel de
sobre-corriente, y en 8% las sobretensiones.
Esto tiene muchas ventajas ya que el MOV y el circuito amortiguador reducen la energía y
potencia que pasan por el capacitor serie dividiendo la onda de corriente y absorbiendo
prácticamente la mitad de la energía de la señal.
Para los casos de energización de la línea en vacío del análisis estadístico se evidencia
que los reactores bajan los sobrevoltajes del sistema en un 11%.
En el estado E2 (Compensaciones serie y shunt del lado norte fuera de servicio) los
transitorios se atenúan llegando a un valor de 152% en el nodo de envió de Cotaruse a
Socabaya; esta presenta una componente armónica de corta duración de 0.1s después de
la apertura de las líneas.
Los sobrevoltajes por la doble falla son mas críticos en Cotaruse llegando a un valor de
1.5 p.u.
Del re-cierre exitoso a la apertura definitiva del nodo de envió de Cotaruse a Socabaya,
línea L2054, la onda de voltaje alcanza a tener un contenido armónico muy leve de
aproximadamente de 5%.
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