Acreditamos no Poder da Natureza

Projeto Hidrelétrico

TOCOMAManuel Piar - Venezuela

As unidades geradoras Kaplande maior potência e eficiência do mundo

O aproveitamento hidrelétrico Manuel Piar é o último dos desesenvolvimentos que constituem o complexo do "Bajo Caroní", conjuntamente com as centrais hidrelétricas Simón Bolívar em Guri, Francisco de Miranda em Caruachi e Antonio José de Sucre em Macágua. Está situado 15 km a jusante da central Simón Bolívar, entre a comunidade de Río Claro e a Serranía de Terecay.

As obras incluem a construção de um canal de derivação com comportas radiais e as correspondentes barragens de fechamento. A casa de força e a nave de montagem são do tipo integrado com estrutura de tomada. A localização das estruturas civis obedecem à otimização das condições geológicas, topográficas e energéticas. A barragem principal de enrocamento com face de concreto tem 65 metros de altura e 360 metros de comprimento.

A Casa de Força contém as turbinas Kaplan de maior potência e eficiência do mundo.

O projeto permite economizar o equivalente de 25 milhões de barris de petróleo por ano e evita a emissão de gases de efeito estufa, colaborando dessa maneira com a concientização do aquecimento global e a diminuição da contaminação ambiental.

10 x 235 MW

34,65 m

90 rpm

Kaplan

13,8 kV

60 Hz

10 x 257 MVA

5 x 460 MVA

13,2 kV

400 kV

ODAF

Nome Manuel Piar (Tocoma)

País República Bolivariana de Venezuela

Cliente CVG EDELCA

Escopo Water-to-Wire

Capacidade Nominal Instalada 2.350 MW

Produção Anual Média 11.900 GWh

Energia equivalente 68.000 BEP dia

Técnicos Dados

Turbinas

Reguladores

Sistemas auxiliares mecânicos

Quantidade x Potência

Queda nominal

Velocidade de rotação

Sistemas de ar comprimido de alta pressão para o sistemade regulagem de velocidade

Sistema de combate a incêndio para geradores, transformadoresprincipais e de serviços auxiliares

Geradores

Tensão de geração

Frequência

Quantidade x potência

Sistemas de excitação

Transformadores de potência

Quantidade x Potência

Tensão lado geração

Tensão lado transmissão

Tipo resfriamento

Tipo de comutador

Sistemas elétricos

Transformadores de serviços auxiliares

Dutos de barras isoladas

Equipamento de alta e baixa tensão

Chaves principais dos geradores

Sistema de corrente contínua e de tensão alternada segura

Cablagem completa

Sistema exposto de aterramento

Sobressalentes para todos os equipamentos

Ensaio de modelo de turbinas em laboratórios da IMPSA, na Argentina,e verificação em Lausanne - Suíça

Treinamento de pessoal do Cliente

Outros equipamentos e serviços

Acampamento e infra-estrutura para a montagem e testes em obra

Eletro-hidráulico com controle PID

Estático, com freio elétrico

Trifásico

Sem carga Montagem, testes em obra e start-up

Descriçãodo Projeto

8.600 rpmDiâmetro do rodete

Tipo

Tipo

Tipo

Tipo

O ensaio de modelo reduzido da turbina foi realizado no

Centro de Investigações Tecnológicas (CIT) da IMPSA em

conjunto com representantes da CVG EDELCA. Este fato

representou o marco final de um longo processo de

desenvolvimento que incluiu:

projeto hidráulico da turbina;

projeto mecânico do modelo reduzido;

ensaios internos e modificações para satisfazer às

exigentes características de comportamento e

performance requeridas;

ensaios preliminares com seus respectivos relatórios,

para ser enviado junto com o modelo físico à Ecole

Politechnique Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça,

um dos mais importantes laboratórios de máquinas

hidráulicas do mundo.

Ensaios de verificação de garantiasno Laboratório da EPFL

Engenharia Hidráulica

Para a IMPSA representou um enorme desafio

tecnológico alcançar parâmetros de performance e

comportamento do mais alto nível competitivo do

mercado, dentro dos exíguos prazos do processo

licitatório.

Das cinco empresas pré-qualificadas pelo Cliente para

participarem no processo licitatório, entre as quais

figuravam as mais importantes do mundo, somente

três enviaram o modelo à EPFL e unicamente duas

conseguiram passar o ensaio com sucesso, uma delas

foi a IMPSA. A eficiência média ponderada e as

margens de cavitação obtidas superaram os requisitos

solicitados pela CVG EDELCA. A eficiência medida

em Laussane foi igual à obtida no Laboratório em

Mendoza durante os ensaios preliminares, fato que

mais uma vez comprova a exatidão nas medições do

laboratório da IMPSA.

O modelo ensaiado e aprovado na EPFL foi enviado de volta da Suíça para a Argentina para ser submetido a todos os

testes diante de representantes da CVG EDELCA verificando-se o cumprimento de todas as garantias contratuais.

Projeto mecânico

O regulador IMPSA é do tipo eletro-hidráulico digital com controle tipo PID. A eletrônica de controle utilizada consiste em

PLCs padrão de primeira linha, que lhe outorga alta confiabilidade e fácil manutenção. A arquitetura do sistema consiste em

controladores redundantes. Desta forma, assegura-se alta tolerância às falhas evitando-se que a unidade geradora deixe de

operar e provoque rejeição da carga e uma grande perturbação ao sistema elétrico.

O software do sistema inclui todas as funções de controle de velocidade, potência e 3D-CAM requeridas por este tipo de

unidade.

O sistema de pressão de óleo é do tipo ar/óleo, constando de uma unidade de bombeamento com quatro bombas tipo

parafuso que pressurizam o sistema e dois tanques pressurizados á 63 bar. Um deles ar/óleo e o outro a ar, ambos somando

aproximadamente 30.000 litros de volume acumulado.

Regulador

Está formado pelos seguintes equipamentos:

Balanço elétrico da Planta

Cinco transformadores de potência com seus respectivos equipamentos associados, que compreendem jogos de

descarregadores de sobretensão, sistemas de proteção de combate a incêndios e equipamento de purificação de óleo.

A interconexão elétrica dos equipamentos principais à tensão de geração é feita por dez conjuntos de barramentos

blindados trifásicos de fase isolada. Com os mesmos é possível obter o vínculo elétrico entre os geradores e os

transformadores elevadores. A proteção e manobra dos geradores de corrente alternada é realizada por dez chaves e

dez seccionadores.

Um sistema de alimentação dos serviços auxiliares elétricos da casa de força e o canal de derivação, constituído por

conjuntos de equipamentos de manobra, conjuntos de barras de fase não segregada, painéis de distribuição,

seccionadores com fusíveis e gabinetes, transformadores trifásicos e dois sistemas geradores diesel de emergência.

As turbinas são do tipo Kaplan de eixo vertical, com tubo de

sucção parcialmente revestido de aço e caixa semi-espiral de

concreto.

O desenho da máquina permite desmontar todos os

componentes montados sobre a tampa superior (mancal guia,

mecanismo do distribuidor e vedação do eixo) sem desmontar o

rotor do gerador.

O rotor está equipado com pás móveis montadas sobre buchas de

bronze no cubo de aço fundido. As pás são fundidos em aço de

alta resistência mecânica e à cavitação e depois usinadas em um

centro com controle numérico por computador (CNC) de 6

eixos simultâneos e, finalmente, polidos manualmente.

As pás do rotor são posicionadas pela ação do mecanismo de

regulagem que, por sua vez, é comandado por um servomotor.

Conta, além disso, com um sistema de fechamento de emergência.

O suporte do mancal combinado é formado por um cone de chapa de aço soldada e flangeada em ambos os extremos. Esta

estrutura rígida transmite os esforços do mancal de escora para a tampa da turbina.

Os geradores são máquinas síncronos de polos salientes, trifásicas e de eixo vertical, com 257 MVA de potência unitária,

90 rpm e 13,8kV de tensão nominal.

O dimensionamento total dos geradores foi efetuado por meio do sistema ARGEN, totalmente desenvolvido pela

IMPSA, o qual permite também a análise do comportamento da máquina, tanto no estado estacionário como transitório e

em condições normais e de falha. Esta ferramenta sintetiza todas as capacidades necessárias para conceber um gerador

deste tipo: estudos elétricos, magnéticos, mecânicos, processos térmicos, ventilação, análise estrutural e vibracional.

O desenho é feito por meio de CAD (Computer Aided Design). Para o dimensionamento e a verificação, não só foram

utilizadas ferramentas desenvolvidas na IMPSA, mas também programas avançados de simulação por elementos finitos.

O diâmetro interior do estator de Tocoma é de 12,65 m com 2,05 m de comprimento do núcleo. O rotor consta de uma

aranha soldada em um anel magnético de chapas cunhadas empilhadas. Deste modo se consegue uma ventilação radial

com a pressão gerada pelo rotor, a fim de permitir o resfriamento da máquina.

Geradores

Sistema de regulação digital: Possui um regulador de tensão com unidade de processamento em configuração redundante

(hot-stand by), e controladores de corrente de campo associados a cada ponte retificadora SCR (tiristores). Permitindo

realizar a comutação da unidade de processamento sem a necessidade de comutação a nível de potência e vice-versa.

Sistema de controle de potência: Formado por dois pontes retificadoras, um deles em configuração de reserva fria a fim de

garantir uma dupla redundância de potência, mas sem pôr em risco o resto dos SCR na presença de uma falha elétrica

próxima aos retificadores.

Descarga de campo: Diante de uma parada normal operativa, o sistema realiza a desexcitação eletrônica sem abertura da

chave de campo a fim de aumentar a vida útil do mesmo. No caso de bloqueio elétrico, a chave de campo se abre

rapidamente descarregando a energia do rotor em um resistor não linear.

Transformador de excitação: É um transformador seco do tipo bobina encapsulada em resina epoxi. Os transformadores

de corrente no lado primário e secundário, permitem a utilização de proteção diferencial. O secundário contém um

seccionador/fusível para desconectar a etapa retificadora. As perdas do transformador são dissipadas mediante um sistema

de refrigeração ar/água totalmente redundante.

Sistema de ExcitaçãoEsta composto por:

Este projeto é mais um exemplo do compromisso da IMPSA em prover soluções integradas

para a geração de energia elétrica a partir de recursos renováveis.

www.impsa.com

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