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.
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