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FASES DE UNA TUBINA Presin. Temperatura de los gases (C). Velocidad de los gases (absoluta).

1.- Compresor limpio2.- Compresor sucio odesgastado3.- Expansin con turbina demenor rendimiento (mayorpresin y temperatura en elescape)

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COMPRESORLos labes demviles impulsan elaire, aumentando lavelocidad absoluta ylos labes fijos loconvierten enpresin

C: velocidad absoluta (respecto a l labe fijo)u: Velocidad de los labesW: velocidad relativa (respecto a l labe mvil)

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PROBLEMA DE PULSACION: La pulsacin se manifiesta en grandes fluctuaciones del caudal a travs delcompresor y del par motor requerido por el mismo.

Las consecuencias de este proceso van desde laprdida del rendimiento hasta la destruccin de lamaquina. El fenmeno de separacin del fluido deldorso de los labes se presenta con caudal variablede aire, por ello durante la secuencia de aceleracinen el arranque y parada, se limita la entrada del aireal compresor y a la vez se purga aire en elintermedio de la compresin.

COMBUSTION

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El aire comprimido es calentado en las cmaras de combustin con el objeto de contar gases de grancontenido trmico para la transformacin de energa calrica en movimiento de rotacin (energamecnica).En la zona de combustin se tiene temperaturas entre 1600C y 1900C, la cual se tiene que configurar conel flujo de aire de refrigeracin formado una barrera entre la llama y el material de la cmara decombustin. El aire que entra por los orificios posteriores, tiene la funcin de mesclar con gases calientesproducto de la combustin reduciendo la temperatura a nivel admisible (956C 1000C) por el material dela toberas de primera etapa.

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EXPANSIN EL LA TURBINATURBINAS DE ACCION:

Potencia - eje

PELTON:

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La fuerza desarrollada en una turbina deaccin, se debe al cambio de direccin delflujo en los labes.

-Velocidad de los gases-Presin esttica-Temperatura de los gases

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En las toberas, los gases calientes aumentan lavelocidad a cambio de la disminucin de presin ytemperatura.

Entre los labes mviles cuya geometra corresponde a la turbina de accin se forma un flujo de gases cuyavelocidad relativa (W=W1=W2) es constante. La velocidad absoluta c, es diferente de entrada y de salida(entre la entrada y salida de los labes mviles) debido al cambio de la direccin del flujo y la velocidad u delos labes.

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SISTEMA DE CONTROL DE TURBINAS A GASEl sistema de control SPEEDTRONIC, tiene el alcance siguiente:

Secuencia de arranque Regulacin de velocidad Control de temperatura Secuencia de parada Proteccin

PROCESO DE ARRANQUE: El proceso de arranque funciona en base a una secuencia de pasos programados,cuyos accionamientos estn sujetos a estados de tiempos y nivel de velocidad de la turbina.Las fases en la secuencia del arranque son:1.- PERIODO DE VENTEO: Con el mando de arranque , la turbina inicia el giro de su rotor accionado por elmotor de arranque, cuya velocidad alcanza hasta el 20% (de la nominal) y se mantiene constante durante unlapso de 2 min. El periodo de venteo es para expulsar gases que pudieran encontrarse en la turbinaevitando as violentas igniciones.2.- IGNICION CALENTAMIENTO: Concluida la fase del venteo el programa de secuencia acciona la ignicinde la turbina, luego mediante la deteccin de llama, se da inicio el periodo de calentamiento de la turbinacuya duracin es de 1 min. Este intervalo de calentamiento es para reducir el choque trmico.3.- ACELERACION: Concluido el calentamiento, se inicia la fase de aceleracin, momento en el cual seacciona desarrollar la mxima potencia del motor de arranque mediante el convertidor de par, y lagradual apertura de la vlvula de combustible, de esta manera se impulsa al rotor de la turbina hasta llegara la proximidad de la velocidad nominal.4.- AUTOSUSTENTACION DE LA TURBINA PARADA DEL MOTOR DE ARRANQUE: Durante la fase deaceleracin al pasar la velocidad el 50%, la turbina esta en condicin de auto sustentarse y continuar elproceso sin el motor de arranque. La parada automtica del motor de arranque se la efecta mediante laexpulsin del acoplamiento de garras cuando la velocidad de la turbina es mayor al del motor de arranque(nt> Max. arranque)5.- FIN DE LA ACELECACION MARCHA EN VACIO: Al pasar el 95% de velocidad el programa de controlacciona la apertura de los labes gua de entrada al compresor (I.G.V.), cierra las vlvulas de purga delcompresor estableciendo la presin de descarga (C.P.D), momento en el cual entra en control la velocidadde la turbina y alcanza el 100% de velocidad. Luego se acciona automticamente el sistema de excitacindel generador para el inicio de la sincronizacin.NOTA: para evitar las pulsaciones del compresor DEBEN estar abiertas las vlvulas de purga ycerradas las I.G.V. durante toda la secuencia de arranque.

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CONTROL DE VELOCIDAD: El control del proceso de arranque al estar gobernado por un programa desecuencia, implica un control del lazo abierto. En cambio la regulacin de velocidad requiere informacin dela variable controlada en tiempo real (velocidad), o sea que se detecta cualquier variacin de la velocidad dela turbina por el efecto de cambio de carga para ser corregida automticamente a un valor prximo alnominal (100% o 50 Hz).Para logra una redistribucin equitativa de la carga entre las unidades de generacin, se ajusta en losgobernadores un nivel de sensibilidad o estatismo permanente (4% en el sistema interconectado), el cualest representado por la pendiente de una recta, la cual refleja una desviacin del ciclaje (Hz) en funcin dela variacin de la carga: (ver fig. 1 CONTROL DE TURBINAS A GAS EN SERVICIO)En casos de apreciables variaciones de carga, es necesario corregir la frecuencia mediante la referencia(variador de velocidad), en forma manual, lo cual se denomina regulacin secundaria.CONTROL DE TEMPERATURA: El lmite de potencia de la turbina esta dado con la temperatura mximaadmisible de los gases de combustin. Puesto que no se mide de manera directa la temperatura de losgases calientes de combustin (temperatura de los gases a la entrada de la turbina), si no mediante ladeteccin de temperatura de gases en el escape, con lo que se requiere la compensacin frente a loscambios de la temperatura ambiental, la cual se la hace mediante la presin de descarga del compresor(C.P.D.). Entonces el control por temperatura est en funcin de C.P.D. la cual mediante una calibracinadecuada fija la seal de consigna de temperatura mxima en el escape.

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Cuando la temperatura de escape Tx (medido) se iguala a la Tx max, significa que el control se encuentra portemperatura fijando la seal de mando FSR, alcanzando as la mxima potencia de generacin. Si bien eneste estado la turbina no responde para mayor solicitacin de carga, si funciona la regulacin automtica develocidad solo en el caso cuando sube la frecuencia de la red disminuyendo la potencia de generacin, bajala temperatura Tx y sale la maquina fuera de control por temperatura.Ante bruscas variaciones de la frecuencia en el sistema interconectado solicitando potencia de generacinde gran magnitud, la regulacin de velocidad puede hacer desarrollar una potencia de aceleracin hastaalcanzar el nivel de disparo por SOBRETEMPERATURA.

SECUENCIA DE PARADA: De manera similar al proceso de arranque la parada de la turbina responde auna secuencia programada, cuyas fases son:

1.-DISMINUCION DE CARGA: Al activar la parada de la turbina, el control reduce gradualmente lacarga hasta la apertura del interruptor del generador por el rel de potencia inversa (32). En esteperiodo se puede cortar la secuencia de parada activando el pulsador de arranque.2.-REDUCCION DE VELOCIDAD CON LLAMA - APERTUTA DE VALVULAS DE PURGA (Comp.) YCIERRE DE IGV: Con la apertura del interruptor (52G), se activa la des excitacin del generador y ladesaceleracin mediante la reduccin gradual del nivel de FSR, al pasar la velocidad por debajo del95%, se abren las vlvulas de purga del compresor y se cierran los labes gua de admisin, estopara evitar las pulsaciones del compresor.3.-CIERRE DE VALVULAS GOBERNADORAS: Con objeto de disminuir el choque trmico, medianteFSR, gradualmente se reduce la entrada del gas (combustible) y consecuentemente la temperaturade los gases calientes. En el momento cuando la velocidad baja al 50% se cierran las vlvulasgobernadoras y se apaga la llama en las cmaras de combustin.4.-PERIDO DE ENFRIAMIENTO, VIRADO DEL EJE DE LA TURBINA: El tiempo de giro del eje en elproceso de parada es aproximado a 18 min. Una vez parado el rotor se inicia el proceso de viradodel mismo para evitar la flexin del eje debido a la temperatura de la maquina.

ATENCION!! AL OPERADOR: Al momento de parada del rotor, por estar la turbina caliente, el operadordebe verificar o confirmar el virado mediante la observacin DIRECTA en el eje. Si no gira,inmediatamente deber pedir ayuda a MANTENIMIENTO, y proceder con el virado MANUAL.

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El periodo de enfriamiento de la maquina tiene una duracin de 48 hrs. Durante el cual estn funcionandola bomba auxiliar de lubricacin los ventiladores del compartimiento de turbina y el sistema de refrigeracin(bombas de agua y ventiladores) son desactivados automticamente por control de termostatos. El sistemade virado se puede cancelar manualmente para temperatura mxima de intersticios en la turbina no mayora 80C, o automticamente en el periodo sealado.

PROTECCION DE LA UNIDAD TURBOGENERADORA

El sistema de proteccin la clasificaremos de la siguiente forma:

1.- Proteccin de la turbina Sobre velocidad Sobre vibraciones Perdida de llama Monitoreo de combustin Sobre temperatura de los gases calientes

2.- Proteccin por falla de equipo auxiliar

Falla en el sistema de lubricacin1. Alta presin diferencial de filtros aire de admisin

Falla en sistema de combustible (vlvulas gobernadores, Gasscrubber, etc.)1. Problemas de sobre carga en MCC2. Falla de posicionamiento de labes gua de entrada (IGV) y vlvulas purga compresor.3. Baja presin hidrulica de control.4. Perdida de servicio auxiliar en a.c. Corriente alterna5. Problemas en banco de bateras y cargador

Falla en sistema de virado

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3.-Proteccion del generador y transformador Proteccin diferencial (87 T/87 G) Alta temperatura de los arrollamientos (26 TN- trafo 49G- Gen) Proteccin Buchhoz Proteccin sobre presin en el trafo (63pT) Secuencia negativa (46) Perdida de excitacin (40) Proteccin sobre corriente : 51T

51TN51V (G)

Falla generador (Direccin: tierra);(64G);(64R). Proteccin potencia inversa (32) Proteccin voltaje bajo (27G) Proteccin sobre voltaje. Bajo nivel de aceite del transformador Alta temperatura del aceite del trafo.

4.- Proteccin automtica contra incendio y deteccin de fuga de gas

1.- Proteccin de la turbina.- Este grupo de proteccin es de mayor importancia por el hecho quesi alguna de esta no funcionaria debidamente, se genera rpidamente siniestros de magnitudimprevisible. A continuacin describiremos de manera resumida las caractersticas de cada una deeste grupo de protecciones.Sobrevelocidad.- La sobre velocidad se debe principalmente a la prdida de control de la maquinapor fallas que se puede presentar en el sistema de control (por ejemplo: perdida de informacin develocidad o posicin de apertura de la vlvula gobernadora, etc.)La proteccin de disparo es elctrica mediante el controlador Speedtronic y una segunda instanciamecnica con la actuacin de un perno centrifugo,Las calibraciones son: Elctrica: 110%

Mecnica 112%

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ATENCIN!! AL SEOR OPERADOR: En caso de haber operado esta proteccin sin prdida de tiempoimprima history y declare la no disponibilidad de la unidad, puesto que se requiere de inspeccinprevia a un arranque.

Sobre temperatura de los gases.- La sobre temperatura de los gases se presenta principalmente, cuandoexiste problemas en la combustin y bruscas variaciones de frecuencia en el sistema.La proteccin por sobre temperatura acta en base a niveles de calibracin, similar al control portemperatura y un nivel mximo isotrmico.

TTKOT1: 572C DISP. IsotrmicoTTKOT2: 22,2C DISP. Sobre el ajuste de control de temperaturaTTKOT1: 13,9C Alarma sobre el ajuste de control por temperatura

Sobre vibraciones: Las vibraciones existen en toda mquina rotante, cuyo origen fundamental es el desbalanceo y el des alineamiento de ejes.

Debido a una asimetra de la masa en elrotor, se corre el centro de gravedad al eje_ dando lugar a una excentricidad

Al girar la maquina a una velocidad angularWo, debido a la excentricidad se genera unafuerza radial centrifuga

y es la flexin del eje a causa de dicha fuerzaradial, puesto que dicha flexin es elsticaentonces

Resultando la amplitud de vibraciones en el sentido radial:

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Para minimizar las vibraciones se debe balancear el labe del rotor procurar Wn>Wo (alejar la frecuencianatural de resonancia de la velocidad nominal)

En turbogeneradores, con caja reductora de velocidad a travs de la misma se transmiten las vibracionespropias de cada rotor formando oscilaciones compuestas con frecuencias fundamentales y armnicas deambos. Un espectro de frecuencias tomado en la unidad #2. Valle hermoso en la casa reductora develocidad.

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Monitoreo de las vibraciones: El sistema de control recibe informacin del nivel de vibraciones demanera continua, y la procesa para su monitoreo, y al proteccin de la maquina. Los detectores de vibracinestn ubicados en los cojinete: 1-2 (turbina) y A-B (generador),y los disparos por falla de deteccin. Losniveles de alarma y disparo son:

- Alarma : 12 mm/seg- Disparo: 25 mm/seg

El nivel de alarma es activado con un detector, y el disparo solo se hace efectivo cuando en un cojinete, undetector haya pasado el nivel de disparo y el otro el nivel de alarma (siendo condicin mnima de disparo)Con el tiempo de marcha existen posibilidades de desalineamientos de ejes, erosin de los cojinetes y fallasde combustin que producen variaciones o aumentos de las vibraciones, las que se deben controlar y poneren alerta cualquier deviacin.

ATENCION! SEOR OPERADOR: el operador deber prestar siempre atencin a las vibraciones y actuardisparando la mquina en los casos siguientes:

- Oscilaciones del nivel de vibraciones: ante oscilaciones de vibraciones mayor a 10mm/seg,que repentinamente aparecieron, sin esperar el nivel de proteccin automtica se debedisparar la unidad, despus de lagunas de la hoja N 00.

- Elevado nivel de vibraciones en secuencia de arranque y parada por falla de I.G.V

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1- Periodo de venteo2- Ignicin Calentamiento3- Aceleracin4- Auto sustentacin de la turbina parada del motor de arranque5- Fin de aceleracin marcha en vacio

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PROTECCION DEL GENERADOR ELECTRICA Diferecial_87 Sobre corriente_51 Estator a tierra_64

1. estator a tierra: Es una falla deaislacin en el arrollamiento deuna fase y surge una corriente(i0) por la rama del aterramiento.Dicha corriente es limitada porla impedancia del transformadorde distribucin (Td) y laresistencia (r), originando unavoltaje ( en el neutro (Vn) delgenerador, el cual representa elparmetro de alta sensibilidadde este tipo de falla. En la figuramuestra la conexin de un relde voltaje en el secundario deltransformador (Td), es aplicablepara la proteccin de este tipode falla.Para finalizar sealamos que laproteccin diferencial (87) delgenerador es mucho menossensible de esta falla, encomparacin con la instalacinen la rama del neutro (64). Encaso de presentarse esta falla, laproteccin (64_direcional atierra), dispara la turbina y abrelos interruptores del generador(52) y el campo (41).

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2. Falla en la aislacin entre fases en el estator (generador): esta falla es detectada conmayor sensibilidad por la proteccin diferencial del generador (87), evitando daos mayores enel generador puesto que la proteccin de sobrecalentamiento est calibrada para corto circuitosde mayor magnitud.En caso de presentarse esta falla, la proteccin diferencial del generador dispara la turbina yabre los interruptores del generador (52) y como campo (41)

3. Barra de 10.5 KV a tierra:

La configuracin de la proteccin defallas a tierra (fig. 1) no distingue sila falla (a tierra) estara ubicadadentro fuera del generador.La configuracin de la figura 2 hacela distincin si la falla esta dentro ofuera del generador. Lostransformadores de corriente (CT.)representan la frontera referencialpara la ubicacin de este tipo defalla.

Toda falla a tierra (barras, arrollamiento dele estator, cables subterrneo de poder, etc), esdespejada por el sistema de proteccin, mediante la apertura de los interruptores. La matriz deproteccin para este tipo de falla est programada de manera que, acciona la temperatura delinterruptor del generador y del campo (41), asimismo dispare la turbina. El disparo de la turbinapara este caso hace a la vez la funcin de proteccin y seguridad con el objeto de evitar elrecierre del interruptor de campo (41), puesto que se trata de una falla la cual es GRAVE y muyDESTRUCTIVA. En consecuencia a lo sealado, de presentarse este tipo de falla, el operadorbajo ninguna circunstancia NO DEBER REPONER EL SISTEMA DE PROTECCIN NI INTENTAR ELARRANQUE DE LA TURBINA.

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4. SOBRECORRIENTE: Normalmente las sobrecorrientes, se presentan como una falla externa algenerador. El origen de la misma son los cortos circuitos que se pueden dar en las barras,equipo de maniobra, cables subterrneo y otros. Los cortos circuitos pueden ser entre fases otrifsicos.

La magnitud de sobrecorriente del generador depende de la impedancia existente entre la falla(corto circuito) y el generador, as tendramos que un corto circuito que se presente en unalnea de transmisin (II) dara lugar a sobrecorriente en el generador de magnitud menorrespecto a un corto circuito ubicado en las proximidades del generador (I). Dichassobrecorrientes del generador (I y II) pueden calcularse con las ecuaciones siguientes:

Entonces:Los rels de sobre corriente, actan de manera temporizada en funcin inversa a la magnitud dela sobrecorriente detectada, esto es para permitir establecer una selectividad de protecciones,con la cual se interrumpe el tramo ms corto.En la figura se muestra los distintos momentos de operacin para sobrecorrientes :

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Cuando opera el rel de sobrecorriente, se abren los interruptores del generador y campo. Porser una falla externa no disparar la turbina. En esa circunstancia el operador resetear losrels 51 (sobrecorriente) y podr poner a disposicin la unidad generadora para lasincronizacin (puesto que la misma se encontrar girando en vacio).

RESUMEN DE PROTECCIONES1. Diferencial (87)2. Estator a tierra (64)3. Sobrecorriente (51)

1. Diferencial (87): Disparo de la unidad2. Estator a tierra (64): El operador no dar disponibilidad hasta que ingeniera realice las

inspecciones y reparaciones que corresponda3. Sobrecorriente (51): Apertura de interruptores (51) y (41), queda la unidad en giro, el operador

pondr a disposicin la unidad CDC.

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32_Potencia inversa:Es un rel que no permite el monitoreo del generador (generador sncrono que funciona como motorsincrnico absorbiendo potencia y energa de la red o lneas de transporte). El objetivo de este rel es:

Apertura del 52, en las secuencias de parada Apertura del 52, por disparos de la turbina (fallas mecnicas), para evitar sobrevelocidad en el

momento del disparo.

40_Rel de estabilidad o prdida de campo:En los momentos de operacin del sistema interconectado (SIN) con baja carga, puede aumentar el voltajedel sistema debido al capacitivo de las lneas. Los reguladores automticos de voltaje (AVR), tienden acorregir el voltaje, subexcitando a los generadores. Dicha subexcitacin debilita el campo magntico deacoplamiento entre el rotor y estator pudiendo la maquina salir de sincronismo, si no existiera un controlautomtico debidamente ajustado (control de subexcitacin) que evite subexitaciones que sean de nivelinadmisibles para la estabilidad del generador.Ante fallas en el SIN, cuyos transientes en la reconexin, pueden en algunos casos inducir la operacin delrel 40 (transitorios de gran amplitud) en este caso se tratara de un problema externo a la maquina. Sinembargo se tiene una posibilidad de una falla en el sistema de excitacin del generador, ante la cual operael rel 40, en el entendido que se trata de una perdida de excitacin del generador.

Gua del operador:Cuando opera el rel 40, no dispara la turbina, y el operador deber reponer la alarmas e intentar cerrar elinterruptor de campo 41 y comprobar si levanta el voltaje en la barras del generador. Si se tiene voltaje lamaquina queda lista para la sincronizacin, caso contrario se tiene un problema interno del sistema deexcitacin donde el operador deber informar a ingeniera.

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En las figuras se muestra, la disminucin del campo de excitacin, el efecto de la cupla o potencia mxima yel Angulo de decalaje entre el rotor y el estator, en el dominio de marcha estable del generador.

46_rel de secuencia negativa:Cuando las corrientes de las fases no estn equilibradas, se origina un campo magntico en el generador elcual gira en sentido contrario al del rotor (componente de secuencia negativa). Este campo inducecorrientes (elctrica) parasitas en el rotor, las que producen el calentamiento y aumento de temperaturadel rotor. El salto trmico es proporcional con el grado del desbalanceo de las corrientes de las fases, dondela proteccin de secuencia negativa est ajustada de modo a al solicitacin admisible de temperatura en elrotor.

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Proteccin de sobre voltaje (59g):Se aplica frente a los transientes (fallas asimtricas), que generan sobre voltaje no permisibles delgenerador. Tambin es una proteccin de respaldo cuando se opera con regulacin de voltaje manual,(ante A.V.R. fallado)