Capacidad de alta/baja frecuencia de la turbina

La consideración principal en la operación de una turbina de vapor bajo carga a frecuencia diferente de la síncrona es la protección de los álabes largos en la sección de baja presión de la turbina. La figura 1 ilustra una representación de los límites más restrictivos (refiérase a ANSI C37.106) para las limitaciones de operación a carga plena o parcial de una turbina de vapor grande durante frecuencia anormal. La operación de estas etapas bajo carga, a una velocidad que causa una coincidencia de la banda de frecuencia natural de los álabes conducirá a daño por fatiga de los álabes y finalmente a falla de los álabes. Este problema puede ser particularmente severo cuando fluye corriente de secuencia negativa a través de la armadura del generador, excitando por eso frecuencias torsionales, de alrededor de 120 Hz.

La protección contra sobrefrecuencia generalmente no es aplicada debido a que los controles de reducción del gobernador o las acciones del operador son consideradas suficientes para corregir la velocidad de la turbina. Sin embargo, debe considerarse el impacto sobre la protección de sobrevelocidad y el aislamiento de la unidad durante una condición de sobrefrecuencia. Esto es necesario para asegurar la coordinación y la protección de los álabes de la turbina para condiciones de sobrefrecuencia. Los límites de operación para las unidades son mostrados en la figura 1 arriba de la línea de 60 Hz.

FIGURA 1. Límites de operación típicos de turbinas de vapor a carga parcial o plena durante frecuencia anormal. Transformador elevador TP’s Gen Registrador de baja frecuencia (59.5) Hz. 81-4 (57.0 Hz.) 81-1 (58.5 Hz.) 81-2 (58.5 Hz.) 81-3 (57.0 Hz.) OR OR Alarma Alarma On-Line On-Line AND AND Alarma por baja frecuencia Turbina/Generador Disparo Turbina/Generador Disparo Turbina/Generador (1.0 seg de retardo) 62 (5.0 min.) 62 Relevador de retardo de 81 Relevador de baja

FIGURA 2. Diagrama de bloque del esquema de protección.

BANDA DE FRECUENCIA, Hz RETARDO DE TIEMPO COMENTARIOS

60.0 – 59.5 - No hay acción de relés. La turbina puede operar continuamente. 59.5 Ninguno Alarmas del registrador de frecuencia.

59.5 – 58.5 - El operador del sistema debe cortar carga o aislar la unidad en 30 minutos.

58.5 – 57.0 5.0 min.

Estas bandas podrían disparar o alarmar, dependiendo de las prácticas de las empresas. Por “alarma”, el operador tiene este tiempo para cortar carga o aislar la unidad.

Figura 3 Ejemplo de aplicación.

Los métodos de protección para evitar la operación de la turbina fuera de los límites preescritos serán restringidos a la protección de baja frecuencia. Los esquemas de corte de carga del sistema proporcionan la protección primaria de la turbina por baja frecuencia. Un corte de carga apropiado puede hacer que la frecuencia del sistema regrese a la normalidad antes de que los límites anormales de la turbina sean excedidos. Los relés de baja frecuencia para corte de carga automático son usados para cortar la cantidad requerida de carga necesaria para mantener un balance carga- generación durante una sobrecarga del sistema.

Por lo tanto, la operación a otras frecuencias diferentes a la nominal o cercanas a la velocidad nominal está restringida en tiempo a los límites para las distintas bandas de frecuencia publicadas por cada fabricante de turbinas para varios diseños de álabes. Los límites de frecuencia anormal son basados generalmente en las peores condiciones debido a que:

1. Las frecuencias naturales de los álabes dentro de una etapa difieren debido a tolerancias de manufactura.

2. La fatiga podría incrementarse con operación normal por razones tales como golpeteo, corrosión y erosión de los bordes de los álabes.

3. El límite debe también reconocer el efecto de pérdida adicional de vida de los álabes ocurrido durante las condiciones de operación anormal no

asociadas con la operación a bajavelocidad o sobrevelocidad.

Los sistemas de potencia cuyos diseños son tales que pueden formar islas en el sistema debido a los esquemas de corte de carga o circunstancias imprevistas, deben considerar la protección de baja frecuencia del turbogenerador para reducir el riesgo de daño en la turbina de vapor en el área aislada. Además, la protección de baja frecuencia del turbogenerador proporciona protección de respaldo contra la falla del sistema de corte de carga. Un esquema de relés típico para proporcionar disparo de generador durante una condición de baja frecuencia de la cual el sistema puede recuperarse, minimizando el riesgo de daño en la turbina, es mostrado en la figura 2. La Tabla 1 resume los ajustes de frecuencia y tiempo usados en la figura 2. La línea punteada en la figura 3 representa la característica de ajustes del relé y la línea sólida representa los límites de daño de la turbina. Los criterios de diseño siguientes se sugieren como guías en el desarrollo de un esquema de protección por baja frecuencia:

1. Establecer los puntos de disparo y los retardos de tiempo con base en los límites de frecuencia anormal del fabricante de la turbina.

2. Coordinar los relés de disparo por baja frecuencia del turbogenerador con el programa de corte de carga automático del sistema.

3. La falla de un relé sólo de baja frecuencia no debe causar un disparo innecesario de la máquina.

4. La falla de un relé sólo de baja frecuencia para operar durante una condición de baja frecuencia no debe arriesgar el esquema de protección integral. 5. Los relés deben ser seleccionados con base en su

exactitud, rapidez de operación, y capacidad de reposición.

6. El sistema de protección de baja frecuencia de la turbina debe estar en servicio si la unidad está sincronizada al sistema o mientras está separada del sistema pero alimentando a los servicios auxiliares. 7. Proporcionar alarmas separadas para alertar al

operador de una frecuencia en el sistema menor que la normal y de que hay un disparo pendiente de la unidad.

C. Consideraciones de baja frecuencia–Auxiliares de