ESTUDIO DE PRE-OPERATIVIDAD SEGUNDA FASE DE REHABILITACIÓN C.H. MACHUPICCHUVOLUMEN I: RESUMEN EJECUTIVO

RESUMEN EJECUTIVO DEL PROYECTO

1. GENERALIDADES

1.1. ANTECEDENTES

La Central Hidroeléctrica Machupicchu, ubicada en la provincia de Urubamba del departamento del Cusco, fue construida en dos etapas.

La primera etapa se desarrolló desde fines del año 1958 hasta 1965 y puso en operación dos turbinas de 20 MW con una potencia instalada de 40 MW para un caudal de 14 m3/s.; y una segunda etapa de construcción que inició en el año 1981 y culminó en 1985, consistiendo en la instalación de tres grupos Pelton, cada uno de 22.4 MW, con un caudal de 23 m 3/s, totalizando una potencia instalada de 107,2 MW utilizando un caudal de 37 m3/s.

El 27 de Febrero de 1998, la fuerza de la naturaleza, manifestada en deslizamientos de grandes proporciones en la quebrada del río Aobamba, provocó un embalsamiento en la confluencia de ésta con el río Vilcanota.

Entre los años 1999 a 2001 fueron ejecutadas las obras de la Primera Fase de Rehabilitación de la C.H. Machupicchu que cuenta con tres turbinas Pelton de 30.75 MW con una potencia instalada de 92.25 MW, aprovechando un caudal de 31 m3/s; y un del río Vilcanota y del embalse estacional de regulación Sibinacocha de 110 MMC el cual se encuentra a 4.800 m.s.n.m.

Las obras del Túnel de Desvío del Río Vilcanota hacia el Túnel de Descarga para casos de emergencia de probables inundaciones, fueron ejecutadas entre los años 2003 y 2004.

1.2. UBICACIÓN

La Central Hidroeléctrica Machupiccchu se ubica en la zona Sur-Este del Perú, en el departamento de Cusco, provincia de Urubamba, distrito de Machupicchu.

La captación de la Central Hidroeléctrica Machupiccchu (Represa y Toma) está ubica en el KM 107 de la Línea Férrea Cusco-Machupicchu y la Descarga en el KM 122.

Coordenadas UTM - Captación Coordenadas UTM - DescargaWGS 84 Datum PSAD 56 WGS 84 Datum PSAD 56

NORTE 8 541 800 8 542 164 8 543 367 8 543 731 ESTE 767 735 767 971 762 346 762 583 COTA 2 070,00 2 070,00 1 649,49 1 649,49

1.3. AÑO PREVISTO DE PUESTA EN OPERACIÓN COMERCIAL

La Segunda Fase de Rehabilitación de la Central Hidroeléctrica Machupicchu tiene prevista la puesta en operación comercial el año 2012.

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1.4. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL PROYECTO

La Segunda Fase de Rehabilitación contará con una turbina Francis de potencia instalada 101.35 MW aprovechando un caudal de 31 m3/s; obras iniciadas en Julio del año 2009 y está prevista su culminación el año 2012, el mismo que consiste en la modificación y ampliación de obras civiles y electromecánicas.

OBRAS CIVILES

Las Obras Civiles para la Segunda Fase de Rehabilitación comprenden las siguientes: Ampliación de la capacidad de la toma existente a 68 m3/s. Construcción de 04 naves desarenadoras adicionales a las existentes para incrementar la

capacidad en 29 m3/s. Ampliación de la capacidad de conducción del túnel de aducción existente de 50m3/s

hasta 61 m3/s, revestido con planchas de acero. Ampliación de la capacidad de la Cámara de Carga hasta 61 m3/s y la galería de demasías a

90 m3/s. Tubería forzada en pique inclinado para la turbina Francis. Casa de Máquinas en Caverna y nueva galería de conexión entre la caverna existente y la

nueva caverna de la casa de máquinas. Ampliación de la Caverna N° 1 existente, para subestación GIS. Obras civiles para el equipamiento de la bahía de conexión a la S.E. Machupicchu Primera

Fase en 138 kV. Obras civiles para el equipamiento de la bahía de conexión a la Línea Machupicchu-

Abancay-Cotaruse en 138 kV. Túnel de descarga para la turbina Francis, conexión con la cámara de equilibrio (oleaje) y

su empalme con una de las tuberías de la galería de descarga. Separación de la galería de descarga de las turbinas Pelton existentes y la galería de

descarga de la nueva turbina Francis. Blindaje de los tubos de la galería de conexión ó descarga existentes con acero, para

ampliar la capacidad a 61 m3/s.

OBRAS ELECTROMECÁNICAS

El equipamiento electromecánico de la Segunda Fase de Rehabilitación de la C.H. Machupicchu, estará constituido por los siguientes:

Una turbina tipo Francis con una potencia instalada de 101.35 MW. Un Generador síncrono de 120 MVA de potencia aparente y tensión nominal de 13.8kV. Sistema de excitación y regulación de tensión Sistema de control y protección Banco de transformadores monofásicos compuesto por tres transformadores monofásicos

y uno de reserva tensión nominal 13,8/138 kV. Subestación encapsulada y aislada en SF6 (GIS). Servicios auxiliares en corriente alterna 380/220 V. Servicios auxiliares en corriente contÍnua 110 VDC, 48VDC. Sistema de barras 13,8kV. Bahía de conexión a la S.E. Machupicchu Primera Fase en 138 kV. Bahía de conexión a la Línea Machupicchu-Abancay-Cotaruse en 138 kV. Cables de control y de energía para baja tensión. Instalaciones eléctricas de alumbrado y fuerza. Sistema de puesta a tierra.

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Cables de energía en 138 kV.

2. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES PROYECTADAS

SUBESTACIÓN ENCAPSULADA Y AISLADA EN SF6 (GIS), 138kV

La subestación es de simple barra, blindada y aislada en hexafluoruro de azufre (SF6), de las siguientes características principales:

Tensión nominal de operación : 138 kV Tensión máxima : 145 kV Tensión de resistencia a 60 Hz : 275 kV Tensión de resistencia al impulso : 650 kV cresta Corriente nominal en barras : 2500 A

CONEXIÓN DE LA S.E. GIS CON EL PATIO DE LLAVES EXISTENTE EN 138KV Y LA BAHÍA DE LA FUTURA LÍNEA 138 KV MACHUPICCHU-SURIRAY

Para la conexión de la S.E. GIS con el resto del sistema eléctrico, es necesario ampliar el actual patio de Llaves de 138 kV mediante una celda de línea, constituida por los siguientes equipos 138kV:

Un interruptor tripolar, en SF6. Un seccionador tripolar de barras (existente). Un seccionador tripolar de línea. Tres transformadores de corriente. Tres transformadores de tensión, monopolares (existente). Tres pararrayos, para la protección de los cables aislados.

BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS 138/13,8KV

Para entregar la potencia generada al sistema de 138 kV se suministrará un banco de transformadores de potencia constituido por tres unidades monofásicas, mas uno de reserva, cuyas características principales son las siguientes:

Instalación Interior, en caverna Altura de instalación 1 700 msnm Servicio Continuo Tipo Monofásico Frecuencia nominal 60 Hz Refrigeración OFWF Potencia nominal (en cualquier toma de tensión) 40 MVA Factor de potencia 0,85 Relación de transformación 138/3 +2,5 +5% / 13,8 kV Cambiador de tomas manual, sin tensión Sistema de neutro Efectivamente puesto a tierra

3. CONCLUSIONES DE LOS ESTUDIOS ELÉCTRICOS DEL SISTEMA PROYECTADO

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CALCULOS DE FLUJO DE CARGA

3.1. RESULTADOS EN OPERACIÓN NORMAL PARA EL AÑO 2012

Las tensiones en estado estacionario para la operación normal del sistema, integrando la ampliación de la Central Hidroeléctrica Machupicchu muestran un comportamiento bueno y aceptable de acuerdo a los criterios impuestos. Solo se presentan tensiones de 1.05 p.u. en las Machupicchu y Suriray en 220 kV en la estación de estiaje en máxima y mínima demanda, el mínimo nivel de tensión, 0.95 p.u. ocurre en la barra de Quillabamba en 60 kV para la condición de máxima demanda en las estaciones de avenida y estiaje.

3.2. FLUJO DE CARGA EN CONTINGENCIAS PARA EL AÑO 2012

Ante la Salida de las líneas L-1001 o L-1002 se presentan sobrecargas de 143.74% y 131.13% y se solucionan reduciendo la generación de la Central Hidroeléctrica Machupicchu en un 60%, lo cual refleja lo débil del sistema de transmisión actual y la necesidad de la construcción de los proyectos de transmisión.

Debido a la salida de las líneas Machupicchu – Suriray 138kV o Suriray – Cotaruse 220kV se presenta una sobrecarga de 134.79% en la línea Quencoro – Tintaya L-1005 y se soluciona sacando de servicio uno de los grupos pelton de la primera fase de la Central Hidroeléctrica Machupicchu.

3.3. FLUJO DE CARGA EN OPERACIÓN NORMAL PARA EL AÑO 2014

Las tensiones de las principales barras en la zona cercana al proyecto presentan valores aceptables que varían de 1.00 a 1.05 p.u., considerando que la ampliación de la Central Hidroeléctrica Machupicchu despacha 99 MW en todos los escenarios de demanda y en los periodos de avenida y estiaje.

3.4. FLUJO DE CARGA EN CONTINGENCIAS PARA EL AÑO 2014

Las contingencias adoptadas para el año 2014, fueron las siguientes: Salida de la Línea L-1001 Machupicchu Cachimayo 138 kV – Contingencia 1 Salida de la Línea L-1002 Machupicchu Quencoro 138 kV – Contingencia 2 Salida de la Línea Machupicchu Suriray 138 kV – Contingencia 3 Salida de la Línea Suriray Cotaruse 220 kV – Contingencia 4 Salida de la Línea Suriray Quencoro 220 kV – Contingencia 5 Salida de la Línea Suriray Abancay 220 kV – Contingencia 6

Las simulaciones para cada contingencia se efectuaron en todos los escenarios posibles de despacho y demanda, y no se mostraron condiciones desfavorables para la SEIN y la red cercana a la zona del proyecto, las tensiones en todas las barras cumplen con los criterios establecidos y solo se presento un caso de sobrecarga de la línea Machupicchu Suriray 138 kV bajo las contingencias 1 y 2 en el escenario de avenida con demanda media y mínima, presentando una cargabilidad de 110.48% y 115.90%.

CALCULOS DE CORTOCIRCUITO

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Se simularon cortocircuitos trifásicos y monofásicos en todas las barras cercanas al área de influencia del proyecto. Con la entrada en operación del proyecto de expansión de la Central Hidroeléctrica Machupicchu (120 MVA) en el año 2012, se tiene que en el nivel de tensión 138 kV el máximo valor de cortocircuito corresponde a una falla monofásica en la barra Machupicchu 138 kV alcanzando valores de 5.55 kA para Ik´´ y 14.13 kA para Ip, y en el nivel de 220 kV de la subestación de Suriray los máximos valores corresponden a una falla trifásica con valores de 5.74 kA para Ik´´ y 14.20 kA para Ip.

Los niveles de cortocircuito de todo el sistema cercano a la Central Hidroeléctrica Machupicchu son bajos, lo cual permite concluir que las capacidades de cortocircuito de todos los equipos en las subestaciones cercanas no se verán superados.

ESTABILIDAD TRANSITORIA

Este análisis se ha realizado para el año de ingreso al SEIN de la ampliación de la Central Hidroeléctrica Machupicchu y para un año intermedio del horizonte de estudio, y demuestra la factibilidad de conectar estas instalaciones al SEIN en cualquier escenario correspondiente a los años 2012 y 2014 desde el punto de vista de estabilidad del sistema.

El estudio evaluó la estabilidad transitoria de primera oscilación de la nueva unidad de generación (120 MVA) encontrando tiempos críticos de despeje de falla superiores a 140 ms en todos los escenarios de operación.

TOLERANCIA A LA CIRCULACIÓN DE CORRIENTE DE SECUENCIA INVERSA

Para determinar la máxima corriente de secuencia negativa que circulará por los devanados de armadura de los grupos generadores, se ha considerado las siguientes fallas Bifásicas y Monofásicas en la barra Machupicchu 138 kV y 13.8 KV, durante un tiempo de 150 ms, para los Escenarios de Avenida-Máxima Demanda 2012 y 2014.

Los niveles máximos de corriente de secuencia negativa encontrados no son muy elevados presentándose el valor mayor 6.25 kA equivalente a 1.25 p.u. para una falla bifásica en la barra de 13.8 kV del nuevo generador Machupicchu G4.

El tiempo que el generador soporta la corriente de secuencia negativa de mayor magnitud 6.25 kA corresponde a 25.81 s de acuerdo al cálculo realizado con la norma ANSI.

ESTABILIDAD PERMANENTE

En los resultados obtenidos se muestran amortiguamientos positivos bastante elevados en la mayoría de los modos; para determinar la participación de los generadores se tomaron en consideración los modos con frecuencias de oscilación dentro de los rangos de oscilaciones locales e intraplanta y que además tienen amortiguamientos menores a 5 % para condiciones de operación normal del SEIN, los modos para el año 2012 son Modo 978, 980, 1627 y 1637, para el año 2014 Modo 1127, 1129, 1183 y 1705.

Los modos 1627 y 1637 para el año 2012 tienen un bajo amortiguamiento y presentan participación de los generadores Machupicchu G4 y San Gabán G1 y G2, por lo cual se recomienda ajustar los PSS para elevar el nivel de amortiguamiento.

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