¿Qué es la Motorización de un Generador de Potencia?

La motorización de un generador (también conocido como “motoring”) ocurre cuando se corta la fuente de energía de la fuerza motriz mientras el generador todavía está conectado a la red. Ocasionando que el generador se comporte como un motor síncrono consumiendo energía de la red y accionando la turbina como si fuese una carga, produciéndole daños al rotor.

Efectos de la Motorización de un Generador

La motorización de un generador trae muchos efectos indeseables que dependen del tipo de turbina, como los siguientes:

  • Turbina de Vapor: bajo condiciones de motoring del generador, la turbina podría sobrecalentarse debido a la pérdida del efecto de enfriamiento proporcionado por el vapor.
  • Motor Diesel o de Gasolina: bajo condiciones de motoring del generador, el motor podría incendiarse o explotar. Adicionalmente, el combustible no quemado también corre peligro de incendio y explosión.
  • Turbina de Gas: puede tener problemas de engranajes cuando se accionan desde el extremo del generador.
  • Turbina Hidráulica: la condición de motorización del generador puede provocar la cavitación de las palas con un flujo de agua bajo.

De este modo, se deben considerar diferentes sistemas de protecciones contra la motorización de los generadores, exceptuando las instalaciones diseñadas para operar como condensadores síncronos, como las unidades hidroeléctricas.

Turbina Vapor GE STF A100..
Imagen Referencial: Turbina de Vapor. Fuente: GE Steam Power, STF-A100.

Dispositivos de Protección Antimotoring

A continuación, describiremos las diferentes funciones de protección que se pueden implementar para prevenir los daños causados por la motorización de los generadores.

1. Relé de Potencia Inversa (ANSI 32)

El relé de potencia inversa (definido por el número ANSI 32) debe utilizarse como la protección principal antimotoring en todos los tipos de turbina. Sin embargo, para turbinas de vapor es recomendable integrar el relé de potencia inversa con los dispositivos descritos en los puntos 2, 3, 4 y 5 de este artículo para asegurar la operación efectiva contra la motorización del generador.

Cuando un generador entra en estado de motoring, comienza a absorber flujo de potencia real desde la red eléctrica hacia el generador que actúa como un motor síncrono. De este modo, el relé de potencia inversa detecta el flujo inverso de potencia que ocurriría si la turbina perdiera su energía de entrada.

Es importante tomar en cuenta que la magnitud de la potencia inversa de motorización es una función de la carga y de las pérdidas del motor primario en vacío, que varían según el tipo de turbina:

  • Máxima potencia de motorización en Turbina de Vapor: 3 %.
  • Máxima potencia de motorización en Turbina Hidráulica: 0.2 %.
  • Máxima potencia de motorización en Turbina de Gas: 50 %.
  • Máxima potencia de motorización en Motor Diesel: 25%.

Por lo tanto, se deben considerar relés de potencia inversa de alta precisión para que tengan la capacidad de detectar la motorización en turbinas que tienen muy bajo porcentaje de magnitud de potencia de motoring.

Adicionalmente, se debe considerar un retardo de tiempo de entre 10 a 30 segundos antes de que el relé de potencia inversa envíe la señal de disparo. Esto, es con el objetivo de evitar un disparo erróneo durante las oscilaciones de potencia causadas por perturbaciones del sistema o cuando se sincroniza la máquina con la red eléctrica.

Turbina Vapor GE. Motorización de Generador
Imagen Referencial: Turbina de Vapor. Fuente: GE Steam Power.

2. Relé de Temperatura en la Campana Extractora

En generadores de turbinas de vapor, el principal efecto de la motorización es el aumento de temperatura debido a las pérdidas por efecto del viento, siendo más severo en el extremo de escape de la turbina. Por esto, se recomienda instalar un dispositivo de detección de temperatura en la campana de escape, que funcione como protección auxiliar que envíe alarmas a los operadores para que ellos tomen acción al respecto.

3. Conmutadores de Límite en las Válvulas

Los conmutadores de límite de las válvulas de las turbinas de vapor proporcionan protección contra la pérdida de flujo de vapor, ya que envían señales de alarma cuando el flujo de vapor se ha cerrado por completo o se ha reducido a niveles peligrosamente bajos.

4. Conmutador de Presión de Aceite

La operación de las válvulas en una turbina de vapor está controlada por dos sistemas de aceite: un sistema de disparo de turbina y un sistema de aceite gobernador.

El sistema de aceite de disparo de turbina se utiliza como un sistema de apagado de emergencia. Es decir, cuando se reduce la presión en este sistema, todas las válvulas se cierran.

Por otro lado, la presión en el sistema de aceite de gobierno posiciona el gobernador y las válvulas de intercepción para controlar la carga durante la operación normal.

En este sentido, los conmutadores de presión de aceite en estos dos sistemas brindan un método simple y confiable para detectar una condición de motorización del generador de turbina de vapor. Sin embargo, para evitar un disparo erróneo y permitir la temporización, es recomendable que el relé numérico de potencia inversa supervise los sistemas de presión de aceite y sea quien envíe la señal de disparo acorde a la lógica de operación que se le programe.

5. Conmutador Diferencial de Presión

El conmutador diferencial funciona a través del elemento de turbina de alta presión para monitorear el flujo de vapor en la turbina, y es el método más preciso y confiable para detectar la motorización del generador. Ya que funciona independientemente del tipo de sistema de control, hidráulico o electrohidráulico, y es el esquema recomendado para grandes turbinas de vapor.

En este sentido, el flujo de vapor igual, o mayor, que el flujo sin carga de velocidad síncrona es una indicación de que el generador no está motorizado. Por el contrario, si el flujo es menor que el flujo nominal de vapor es un indicador de condición de motorización del generador.

También, es recomendable que el relé numérico de potencia inversa supervise el conmutador diferencial de presión para evitar disparos erróneos ante condiciones normales de operación.

Turbina Vapor GE 2
Imagen Referencial: Turbina de Vapor. Fuente: GE Steam Power Field Services.

Conclusión

Es indispensable que en todos los sistemas de protección de generador se contemple la función de potencia inversa para prevenir daños de alto costo de reparación, e incluso, para prevenir incendios y explosiones en la central de generación.

→ Artículo relacionado: Funciones de Protección para Generadores de Potencia.

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Referencias Bibliográficas

IEEE Std 242-2001. Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems.

GE Steam Power: STF-A100 Non-Reheat Steam Turbine

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