DISEÑO DE UNA SUBESTACIÓN TRANSFORMADORA 220/20 kv

DISEÑO DE UNA SUBESTACIÓN TRANSFORMADORA 220/20 kV

Director: Fernández Magester, Gerardo

Entidad colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas

RESUMEN DEL PROYECTO

La principal misión de la red de transporte es garantizar la seguridad de suministro y la calidad del servicio en todo el sistema eléctrico. La ciudad de Madrid cuenta con un sistema de 220 kV, que conforma prácticamente un anillo en torno a la capital. Sin embargo, existen ciertos puntos estratégicos que están aislados, siendo la principal razón la presencia de dos compañías distribuidoras distintas en estas zonas. El proyecto Residencial Metropolitan es un ambicioso proyecto urbanístico que se encuentra en las cercanías de las subestaciones de Azca y El Pilar, pertenecientes a Gas Natural Fenosa y a Iberdrola, respectivamente. El presente proyecto pretende conectar estas subestaciones para mejorar el servicio, y al mismo tiempo, ampliar la capacidad red de distribución en la zona de Cuatro Caminos.

La subestación empleará la tecnología GIS, de uso generalizado en subestaciones urbanas, donde la reducción de espacio y la fiabilidad de la instalación son objetivos prioritarios.

La elección de la configuración eléctrica de la subestación tiene en cuenta los costes asociados, la facilidad de maniobra y la fiabilidad de la instalación. La solución adoptada en el parque de 220 kV es la topología de doble barra, que permite suficiente flexibilidad en la explotación de la subestación. En el parque de 20 kV se ha optado por la configuración de doble barra con acoplamiento transversal y longitudinal, creando de esta manera un anillo, que garantiza la continuidad del servicio ante las faltas más habituales en la subestación. Tanto en alta como en media tensión se ha previsto la posibilidad de ampliar la potencia de la instalación en el futuro.

En general, la elección de la aparamenta y de las soluciones técnicas empleadas busca un equilibrio entre la reducción de costes de inversión y la minimización del impacto social de la instalación (reducción de ruido e integración con el entorno).

En primer lugar, se parte de los datos de potencias de las líneas que llegan a la subestación y la potencia de cortocircuito. Estos datos determinan la aparamenta GIS y de media tensión, y la potencia de los transformadores que se emplearán en la subestación.

La aparamenta GIS escogida presenta encapsulado monofásico para reducir al máximo la propagación de fallos en el gas. El mecanismo de operación del interruptor será hidráulico. Las celdas de media tensión dispondrán de interruptor de tecnología de vacío.

Los transformadores de potencia 220/20 kV son el punto más crítico de la subestación dispondrán de refrigeración ODAF por medio de aero-refrigerantes y contarán con las protecciones necesarias para detectar cualquier anomalía (relés Buchholz, analizador de gases, relés de imagen térmica, etc.).

También se realiza la definición de los servicios auxiliares de la subestación: iluminación, climatización, alimentación a los mandos de los interruptores, etc. Estos estarán alimentados por dos transformadores de servicios auxiliares con enclavamiento mecánico o, en caso de emergencia, por un grupo electrógeno. Asimismo, se describirán los sistemas de protecciones y de comunicaciones para telecontrol.

A partir de los datos de los transformadores se eligen los cables y terminales necesarios, aplicando los factores de corrección oportunos para asegurar el buen funcionamiento de la instalación frente a cualquier circunstancia.

Una vez seleccionada la aparamenta se diseña la planta de la subestación, con el objetivo de minimizar la superficie empleada. Se calcula la red de tierras para proteger a las personas y a la instalación.

Finalmente, se describen las soluciones de obra civil adoptadas. Se ejecutará la subestación en un edificio debido a que no existe la posibilidad de soterrar la instalación. Para minimizar costes se emplearán canalizaciones hormigonadas en lugar de un sótano de cables. Los muros serán de hormigón, y el cerramiento previsto minimizará el impacto visual del edificio.

Se incluyen asimismo un pliego de condiciones, con énfasis en la parte GIS y el transformador, planos de ingeniería básica de la implantación, y un presupuesto orientativo.

ABSTRACT

The main objective of the transmission network is to guarantee the security of supply and the quality of service in the whole electric system. While the city of Madrid is almost completely surrounded by a ring-like 220 kV system, there are still some isolated nodes that belong to different distribution system operators. Residencial Metropolitan is an ambitious urban project, located near Azca and El Pilar substations, which belong to Gas Natural Fenosa and Iberdrola, respectively. This project aims at providing a solution to connect these substations so as to improve the service, while upgrading the transmission capacity of the distribution network in Cuatro Caminos.

The substation will make use of the GIS (Gas-Insulated Switchgear) technology, which is especially suitable for urban substations, where space reduction and reliability are the main goals.

The electrical topology of the substation will consider the associated cost and the operability and reliability of the system. The proposed solution for the 220 kV system is using a double-busbar configuration, which allows enough flexibility of exploitation. For the 20 kV system, there will be a double-busbar system with both longitudinal and transversal coupling, therefore creating a ring-like topology and guaranteeing the continuity of supply in most of the ordinary faults. The possibility of upgrading the transmitted power has been considered in the design of both systems, 220 and 20 kV.

In general, the design of the system aims at finding a compromise between investment costs and reducing the social impact of the substation (noise reduction and integration of the building in the urban landscape).

Firstly, the supplier provides some input data, including the power transmitted to the substation as well as the short-circuit power. These data will determine GIS and medium voltage switchgear and the rated power for power transformers.

The selected GIS will have single-phase enclosure to reduce as much as possible fault propagation in the gas system. The circuit breaker operating mechanism will be hydraulic. Medium voltage cells will include a vacuum-technology circuit breakers.

The power transformers, whose relation is 220/20 kV, are the most critical points of the substation. The selected transformers will minimize the risk of short-circuits and fire, and will have ODAF cooling system that will include air coolers. Besides, they will have all the necessary protections to detect any fault (Buchholz relays, gas analyser, thermal image relays, etc.).

Once the transformers are selected, all the cables and terminals are chosen taking into account the necessary correction factors to ensure the smooth running of the system.

Also, the ancillary systems will be described. These include lighting, air conditioning, force circuits to feed the circuit breaker drives, etc. Either two alternative ancillary services’ transformers or a diesel generator will supply the electrical power. Additionally, electrical protections and communications systems will be depicted.

Once all the necessary switchgear is selected from manufacturers’ technical sheets and catalogues, the plant of the substation will be designed. The main constraint will be to minimise the surface of the substation. Subsequently, the ground grid will be calculated. This will protect both the substation and people.

Finally, the project will describe the chosen solutions for civil engineering. The substation will be inside a building since it is not possible to hide it underground. Concrete channels for cables will be used instead of a cable cellar with the aim of minimising costs. All fences will be made of concrete and will try to minimise the visual impact of the building.

Also, the project includes all the technical specifications with emphasis on GIS and power transformers, basic engineering drawings, featuring the implementation of the substation and an illustrative estimate.