Besalco Energía Renovable S.A. - sic.coordinador.cl base a la norma IEEE Std. 738-2006: “IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature of bare Overhead Conductors”, se

Besalco Energía Renovable S.A. CHILE

ESTUDIO DE IMPACTO SISTÉMICO CH LOS HIERROS II

Proyecto EE-2014-073

Informe Técnico EE-ES-2014-0529

Revisión C

Power System Studies & Power Plant Field

Testing and Electrical Commissioning

ISO9001:2008 Certified

12 sep. 14

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P:EE-2014-073/I:EE-ES-2014-0529/R:C No se autorizan copias del presente documento sin autorización previa por

escrito de ESTUDIOS ELECTRICOS SA 1/81

Este documento EE-ES-2014-0529-RC fue preparado para Besalco Energía Renovable S.A.

por Estudios Eléctricos. Para consultas técnicas respecto del contenido del presente comunicarse

con:

Ing. Pablo Fernández

Departamento de Estudios

[email protected]

Ing. Alejandro Musto

Coordinador de Estudios

[email protected]

www.estudios-electricos.com

Este documento contiene 81 páginas y ha sido guardado por última vez el 12/09/2014 por

Pablo Fernández, sus versiones y firmantes digitales se indican a continuación:

Rev. Fecha Comentario Realizó Revisó Aprobó

A 22/07/14 Para presentar. PF AM FL

B 28/07/14 Cambio en la redacción de informe principal PF AM FL

C 12/09/14 Se contemplan observaciones del CDEC-SIC PF AM FL

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Índice

1 RESUMEN EJECUTIVO ..................................................................................................................... 4

2 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 8

3 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO ........................................................................................... 9

3.1 Información del Fabricante ....................................................................................................... 11 3.1.1 Unidad Generadora ......................................................................................................... 11 3.1.2 Transformador de Bloque ................................................................................................ 14

4 ACONDICIONAMIENTO DE LA BASE DE DATOS ................................................................................. 16

4.1 Generalidades ......................................................................................................................... 16

4.2 Proyección de la demanda ........................................................................................................ 16

4.3 Nuevos Proyectos de Transmisión y Generación ........................................................................... 17

5 MODELADO DE LA CENTRAL ........................................................................................................... 19

5.1 Unidades Generadoras ............................................................................................................. 19

5.1.1 Control de Velocidad ....................................................................................................... 21 5.1.2 Control de Tensión ......................................................................................................... 26

5.2 Transformador de Bloque.......................................................................................................... 28

5.3 Línea de Transmisión ............................................................................................................... 29

6 ESTUDIO DE FLUJO DE CARGAS ..................................................................................................... 31

6.1 Análisis de Red N ..................................................................................................................... 32 6.1.1 Caso 01: Central Los Hierros I (2 unidades) E/S. ................................................................ 33 6.1.2 Caso 02: Central Los Hierros I (2 unidades) + Loma Alta E/S. ............................................. 33 6.1.3 Caso 03: Central Pehuenche (2 unidades) E/S. .................................................................. 35 6.1.4 Caso 04: Central Los Hierros I (2U) + Loma Alta + Pehuenche (2U) E/S. .............................. 36 6.1.5 Caso 05: Central Los Hierros I (2u) + Loma Alta + Colbún (2u) E/S. .................................... 37

6.2 Análisis de Red N-1 .................................................................................................................. 38 6.2.1 Contingencias Caso 01. ................................................................................................... 39 6.2.2 Contingencias Caso 02. ................................................................................................... 39 6.2.3 Contingencias Caso 03. ................................................................................................... 40 6.2.4 Contingencias Caso 04. ................................................................................................... 42 6.2.5 Contingencias Caso 05. ................................................................................................... 44

6.3 Resultados. ............................................................................................................................. 45

7 ESTUDIO DE CORTOCIRCUITOS ..................................................................................................... 48

7.1 Selección de Barras ................................................................................................................. 50

7.2 Cortocircuitos en Barras ........................................................................................................... 52

7.3 Verificación de equipamiento ..................................................................................................... 58

7.4 Análisis en Elementos Serie ...................................................................................................... 58

8 ESTUDIO DE ESTABILIDAD TRANSITORIA ....................................................................................... 62

8.1 Definición de Fallas .................................................................................................................. 62

8.2 Criterios de Evaluación del Desempeño Dinámico......................................................................... 62

8.3 Análisis de Contingencias .......................................................................................................... 64 8.3.1 Contingencia 1: Desconexión Pehuenche U1. ..................................................................... 64 8.3.2 Contingencia 2: Desconexión Central Los Hierros I. ............................................................ 67 8.3.3 Contingencia 3: F2FT C2 Pehuenche – Ancoa al 5% de línea (Pehuenche). ............................ 69 8.3.4 Contingencia 4: F2FT C2 Pehuenche – Ancoa al 95% de línea (Ancoa). ................................. 72



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8.3.5 Contingencia 5: F2FT Tap Loma Alta – Ancoa al 5% de línea (Tap L.A.)................................. 72 8.3.6 Contingencia 6: F2FT Tap Loma Alta – Ancoa al 95% de línea (Ancoa). ................................. 75 8.3.7 Contingencia 7: F2FT Colbún – Ancoa al 50% de línea. ....................................................... 76

9 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 78


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1 RESUMEN EJECUTIVO

Besalco Energía Renovable S.A. solicita acceso al Sistema Interconectado Central

(SIC) para una nueva CENTRAL HIDRÁULICA DE PASADA compuesta por una unidad

generadora de 6MW.

La central se denominará CH LOS HIERROS II y tiene fecha prevista de puesta en

servicio en NOVIEMBRE de 2014. Su vinculación al SIC se realizará a través de un enlace

de 1x110kV desde el transformador de bloque de 7MVA 6,6/110kV hasta un nuevo tap-off

del actual vínculo 1x110kV Los Hierros I – Canal Melado.

En el presente informe se documentan los estudios sistémicos conducentes a

cuantificar el impacto del acceso de CH LOS HIERROS II en la operación del SIC,

principalmente sobre las líneas de transmisión e instalaciones eléctricamente cercanas

(SS/EE Los Hierros I, Canal Melado, Loma Alta, Pehuenche y Ancoa 220kV), a fin de que

esta nueva planta de generación pueda integrarse al SIC cumpliendo los requisitos y

condiciones técnicas establecidas en la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio

(NTSyCS).

Para el desarrollo del estudio se emplea el software DIgSILENT Power Factory v14.1,

incluyendo módulos de:

Cálculo de flujos de carga,

Cálculo de cortocircuitos, y

Estudio de estabilidad transitoria.

El análisis se realiza mediante estudios de régimen permanente (flujos de carga y

cortocircuitos) y estudios de estabilidad transitoria (simulaciones dinámicas de transitorios

electromecánicos), en los cuales se analiza el sistema en condiciones de operación normal

(Red N) y de contingencias simples (Red N-1). Los escenarios de estudio se elaboran para

diferentes configuraciones de despacho y en condiciones de demanda baja y demanda alta,

a fin de analizar el impacto de CH LOS HIERROS II ante diferentes condiciones de

exigencia.

La Base de Datos utilizada en el desarrollo del estudio corresponde a una versión

acondicionada de la base de datos del CDEC-SIC en formato Power Factory v14, la cual

incluye actualizaciones e incorporaciones de nuevos modelos matemáticos, así como

también los modelos de las obras futuras en construcción según el Informe Técnico

Definitivo de Fijación de Precios de Nudo de Corto Plazo del SIC (ITD) emitido por la

Comisión Nacional de Energía (CNE) en abril de 2014.


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A partir de los estudios realizados, se analizan:

- La operación estática del sistema.

- Los límites de transferencias en el Sistema de Transmisión.

- El desempeño dinámico de la CH LOS HIERROS II ante perturbaciones de gran

señal.

A continuación se presentan los principales aspectos a considerar de cada uno de los

tres tipos de análisis efectuados:

Estudio de flujos de potencia.

o Se analizan problemas de sobrecarga y regulación de tensión en todas las

instalaciones existentes, especialmente en las del entorno de la nueva central

(SS/EE Ancoa, Pehuenche, Canal Melado, Loma Alta y Los Hierros I),

identificando posibles problemáticas tanto en condiciones normales de

operación como frente a contingencias, maximizándose el despacho de

Central Pehuenche a fin de modelar los Escenarios con mayores niveles de

exigencia.

o Se verifica que en términos de transferencias de potencia, la contingencia que

impone mayor exigencia a la zona bajo estudio es la pérdida del segundo

circuito del doble vínculo Pehuenche – Ancoa 220kV cuando Central

Pehuenche se encuentra operando a potencia nominal o cercana a ella.

Para el caso más crítico, esta condición genera que en el escenario post-

contingencia el primer circuito opere con un nivel de carga de hasta 120%

cuando además de Pehuenche (2x275MW), se encuentran despachadas las

centrales Loma Alta (38MW), Los Hierros I (2x12MW) y Los Hierros II (6MW).

En estos casos, el aporte de la central Los Hierros II resulta mínimo, siendo

el mismo inferior a <1%.

En base a la norma IEEE Std. 738-2006: “IEEE Standard for Calculating the

Current-Temperature of bare Overhead Conductors”, se verifica que para el

caso de mayor exigencia, el circuito sano alcanza su temperatura máxima de

operación (80°C) en aproximadamente 18 minutos (la reducción de tiempo

debido a CH LOS HIERROS II resulta de sólo 52s para el caso más crítico),

tiempo suficiente para ejecutar maniobras manuales de reducción de

generación en las máquinas que evacúan su energía por el vínculo Pehuenche


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– Ancoa 220kV sin requerirse implementar un EDAG manteniendo la

metodología de operación y control actual del sistema.

o Dada esta condición de mínimo impacto de la nueva central, se considera

adecuado mantener las metodologías de control actualmente realizadas sobre

el sistema al presentarse dichos escenarios.

o Para todos aquellos casos en los cuales la Central Pehuenche no se encuentra

operando a plena potencia, no se observan problemáticas en la operación

o En términos de tensión en las barras, en todos los Escenarios éstas cumplen

con los rangos admisibles según las respectivas Tensiones de Servicio tanto

para Red N como Red N-1.

Estudio de cortocircuitos.

o Se determina el impacto de las nuevas instalaciones (CH LOS HIERROS II)

sobre las corrientes de cortocircuito en distintos nodos del sistema.

En base a esto, se verifica la suficiente capacidad de ruptura de los

interruptores, en las nuevas instalaciones y en las existentes que se ven

afectadas por éstas.

o El estudio se realiza de acuerdo al procedimiento de la DO del CDEC-SIC

“Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito para la

verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC.”

o A partir de los cálculos efectuados, se verifica que en términos de corrientes

simétricas, todos los interruptores se encuentran adecuadamente

dimensionados.

o El interruptor que presenta mayor exigencia es el que vincula al transformador

de servicios auxiliares (SS/AA) de Central Los Hierros I con su barra de

generación en 6,6kV.

Ante una evaluación considerando un tiempo de apertura de contactos de

t=40ms según se indica en el procedimiento DO, la corriente asimétrica

sobrepasa en 3kA la capacidad de ruptura de diseño.


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No obstante, dado el nivel de tensión y la información proporcionada por el

fabricante, se estima una operación en t=100ms, condición bajo la cual el

nivel de corriente asimétrica alcanzada se encuentra en el límite admisible.

Estudio de Estabilidad Transitoria.

Se estudia el comportamiento dinámico de CH LOS HIERROS II ante perturbaciones

causadas por contingencias en instalaciones cercanas a la zona afectada, las cuales han

sido específicamente definidas por el CDEC-SIC. En todos los casos se monitorean:

a. niveles de tensión.

b. transferencia de potencia.

c. factores de amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas.

d. frecuencia y ángulo rotórico de los generadores del sistema.

Lo anteriormente expuesto, permite verificar que el ingreso al SIC de CH LOS

HIERROS II no producirá efectos adversos al sistema, lo cual se constata debido a

que:

No reduce la capacidad de transporte del Sistema.

No produce sobretensiones, sobrecorrientes ni corrientes de cortocircuito

que puedan afectar la vida útil del equipamiento.

No reduce la calidad de servicio del SIC.


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2 INTRODUCCIÓN

El objetivo del presente estudio es analizar el comportamiento de CH Los Hierros II

y del SIC al momento de su conexión estimada para NOVIEMBRE de 2014, considerando

su operación con distintos estados de la red. Se pretende verificar que el desempeño de la

central sea adecuado, pudiendo ésta operar correctamente bajo el estricto cumplimiento

de los estándares establecidos en Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio

(NTSyCS).

El estudio se divide básicamente en las siguientes etapas:

MODELADO DE LA CENTRAL

Se presenta detalladamente el modelado en el software DIgSILENT Power Factory

v14.1 de cada uno de los elementos de la red que conforman la central, acorde a la

información de los fabricantes provista por Besalco Energía Renovable S.A.

ESTUDIO DE FLUJO DE CARGAS

Se analiza el comportamiento en estado estacionario de la central y su zona de

influencia para distintos estados de operación del sistema (despachos de generación,

características de la demanda, etc.) y distintas configuraciones topológicas de la red; se

analiza la operación en condición normal y de red N-1.

ESTUDIO DE CORTOCIRCUITOS

Se calculan las corrientes de cortocircuito trifásicas, monofásicas y bifásicas (con y

sin contacto a tierra) en nodos eléctricamente próximos a la CH Los Hierros II, con el

objetivo de verificar un adecuado dimensionamiento de los interruptores involucrados. El

cálculo se lleva a cabo según lo establecido en el procedimiento de la Dirección de

Operaciones (DO) del CDEC-SIC: “TÉRMINOS Y CONDICIONES DEL CÁLCULO DE

CORRIENTES DE CORTOCIRCTUITO PARA LA VERIFICACIÓN DEL DIMENSIONAMIENTO DE

INTERRUPTORES EN EL SIC”.

ESTUDIO DE ESTABILIDAD TRANSITORIA

Se analiza el comportamiento de la unidad generadora de la CH Los Hierros II y de

todo el sistema, cuando éste sea perturbado con eventos de gran señal. Dicho análisis se

lleva a cabo mediante simulaciones dinámicas de transitorios electromecánicos.


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3 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO

La unidad generadora de la CH LOS HIERROS II se emplazará en la S/E homónima

que la vinculará al SIC mediante un transformador de bloque de 7MVA y 6,6/110kV. La

potencia nominal del generador será de 6MW/6,7MVA con factor de potencia nominal de

0,9.

La potencia generada se exportará hacia el SIC únicamente mediante una línea aérea

de 1x110kV y 426m de extensión que vinculará la S/E Los Hierros II con un tap-off en la

línea que une la actual S/E Los Hierros I con la S/E Canal Melado en la Región del Maule.

Figura 1: Unicación geográfica de CH LOS HIERROS II.


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Figura 2: Zona de Influencia.

PowerFactory 14.1.2

CH LOS HIERROS II

ZONA DE INFLUENCIA Besalco Energía Renovable S.A.

Project:

Graphic: Zona influencia

Date: 7/8/2014

Annex:

Nodes Branches

S/E LA CANDELARIA

S/E PEHUENCHE

S/E ITAHUE

S/E

CANAL MELADO

S/E ANCOA 500kV

S/E COLBUN CENTRAL

LOS HIERROS II

CENTRALLOMA ALTA

CENTRAL

PEHUENCHE

S/E ANCOA 220kV

CENTRAL COLBUN

H

B2

B1

C

J

G2

G1

J1

J1

J2

K1

K2

Colbun - Ancoa 220kVColbun - Ancoa 220kV

Tap Loma Alta - Ancoa 220 kV L1Tap Loma Alta - Ancoa 220 kV L1

G ~

Los Hierros II

G ~

Los Hierros U2

G ~

Los Hierros U1

1

G~

G ~

Pehuenche U2

G ~

Pehuenche U1

Ancoa - Pehuenche 220 kV - L2Ancoa - Pehuenche 220 kV - L2

Pehuenche - Tap. Loma Alta 220 kV L1Pehuenche - Tap. Loma Alta 220 kV L1

G ~G ~

DIg

SIL

EN

T


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3.1 Información del Fabricante

De acuerdo a la documentación suministrada por Besalco Energía Renovable S.A., la

CH LOS HIERROS II presentará las características técnicas que se detallan a continuación:

3.1.1 Unidad Generadora

Principales características del generador:

Figura 3: Datos técnicos del generador - Parte 1


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Figura 4: Datos técnicos del generador - Parte 2.


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Figura 5: Datos técnicos del generador - Parte 3.

Figura 6: Curva de capabilidad del generador a tensión nominal.


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3.1.2 Transformador de Bloque

Figura 7: Información técnica del transformador de bloque - Parte 1.


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Figura 8: Información técnica del transformador de bloque - Parte 2.


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4 ACONDICIONAMIENTO DE LA BASE DE DATOS

4.1 Generalidades

La Base de Datos (BD) empleada en el presente Estudio corresponde a una versión

acondicionada de la base de datos del CDEC-SIC actualizada a abril de 2014, en formato

DIgSILENT Power Factory v14.

La preparación de la base de datos (BD) para el estudio de interconexión considera

la construcción de una base de datos del SIC que represente la operación del sistema para

el periodo de estudio, incluyendo a la CH Los Hierros II.

4.2 Proyección de la demanda

A partir de la información disponible en el Informe Técnico Definitivo de Fijación de

Precios de Nudo de Corto Plazo del SIC (ITD) emitido por la Comisión Nacional de Energía

(CNE) en abril de 2014, se realizan proyecciones de demanda residencial e industrial para

la fecha puesta en servicio de la CH Los Hierros II (noviembre de 2014).

Proyección demanda SIC según ITD abril 2014

Año Tipo cliente

Libres Regulados Total

2014 0,051 0,058 0,056

2015 0,057 0,046 0,05 Tabla 1: Proyección de demanda en el SIC según ITD abril 2014.

A partir de Tabla 1, la proyección de la demanda se realiza considerando los

siguientes hitos:

Se admite un crecimiento uniforme de la demanda durante los meses del año.

El escalamiento se realiza utilizando un factor de crecimiento para clientes libres y

otro para clientes regulados.

Luego, la demanda estimada para noviembre de 2014 se calcula según las siguientes

expresiones:

𝐹𝐶(𝐴𝑏𝑟2014−𝑁𝑜𝑣2014)𝐿𝐼𝐵𝑅𝐸𝑆 = 1 + (7

12) ∙ 𝐹𝐶2014𝐿𝐼𝐵𝑅𝐸𝑆

𝐹𝐶(𝐴𝑏𝑟2014−𝑁𝑜𝑣2014)𝑅𝐸𝐺𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂𝑆 = 1 + (7

12) ∙ 𝐹𝐶2014𝑅𝐸𝐺𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂𝑆

Donde


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𝐹𝐶2014𝐿𝐼𝐵𝑅𝐸𝑆 = 0,051

𝐹𝐶2014𝑅𝐸𝐺𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂𝑆 = 0,056

Factores de crecimiento para escalamiento de demanda

Período estudiado Tipo cliente

Libres Regulados

Abril 2014 - Noviembre 2014 1,029750 1,033833 Tabla 2: Factores de crecimiento de demanda para fecha prevista de puesta en servicio.

Nuevos proyectos: Basándose en la información disponible en los estudios

anteriormente mencionados, se incorporan los nuevos proyectos de consumo, transmisión

y generación previstos a ser incorporados al SIC para la fecha de puesta en servicio del

proyecto en estudio.

Las diversas modificaciones a la base de datos se han realizado utilizando las

herramientas «Variations/Expansion Stages», «Operation Scenarios» y «Study Cases», lo

que permite una total trazabilidad sobre los cambios realizados a la base de datos original.

4.3 Nuevos Proyectos de Transmisión y Generación

La representación de un escenario futuro considera la incorporación de las obras

previstas para la expansión del sistema de transmisión y de la matriz energética del

SISTEMA. Se deben modelar las modificaciones topológicas y expansiones que se tienen

consideradas para el sistema de transmisión y el parque generador del SISTEMA. Este

estudio considera la inclusión de los nuevos proyectos cuya fechas previstas de entrada en

servicio sean anteriores a la fecha prevista de interconexión de la nueva central.

La selección de los proyectos relevantes a incluir en este estudio se basa en la

información publicada por los organismos correspondientes. Se los detalla en una tabla con

los valores característicos que los representan/describen.


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Fecha de entrada Obras de Generación en construcción

Potencia [MW]

Tecnología Mes Año

Abril 2014 San Andrés 40 Hidro - Pasada

Abril 2014 Proyecto fotovoltaico San Andrés 50 Solar Fotovoltaica

Abril 2014 Proyecto fotovoltaico Llano de Llampos 93 Solar Fotovoltaica

Mayo 2014 Pulelfu 9 Hidro - Pasada

Mayo 2014 Ucuquer II Eólico 9 Eólica

Mayo 2014 Proyecto Lautaro II 22 Biomasa

Mayo 2014 Central Hidroeléctrica Laja I 34,4 Hidro - Pasada

Mayo 2014 Parque Eólico El Arrayán 100 Eólica

Mayo 2014 Parque Eólico Los Cururos 110 Eólica

Agosto 2014 Diego de Almagro FV 36 Solar Fotovoltaica

Octubre 2014 Salvador FV 68 Solar Fotovoltaica

Octubre 2014 Picoiquén 19 Hidro - Pasada

Octubre 2014 Punta Palmeras 45 Eólica

Octubre 2014 Tal Tal Eólico 99 Eólica

Noviembre 2014 El Paso 60 Hidro - Pasada

Diciembre 2014 Los Hierros II 6 Hidro - Pasada

Diciembre 2014 Lalackama 55 Solar Fotovoltaica Tabla 3: Nuevas obras de Generación en construcción.

Fecha de entrada Obras de Transmisión en construcción

Potencia [MVA] Mes Año

Julio 2014 Línea Ancoa - Alto Jahuel 2x 500kV: primer circuito 1400 Tabla 4: Nuevas obras de Transmisión en construcción.


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5 MODELADO DE LA CENTRAL

En este apartado se presentan todos los modelos empleados en el SIMULADOR

desarrollados para la ejecución del presente estudio, a partir de la información

suministrada por Besalco Energía Renovable S.A..

5.1 Unidades Generadoras

A continuación se muestran los parámetros del modelo de generador implementado

en el software.

Figura 9: Modelo del generador sincrónico de CH LOS HIERROS II – Parte 1.


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Figura 10: Modelo del generador sincrónico de CH LOS HIERROS II – Parte 1.


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5.1.1 Control de Velocidad

En Figura 11 se muestra el diagrama de bloques utilizado para el sistema de

regulación de velocidad del generador de CH LOS HIERROS II.

El modelo que se utiliza para la representación del regulador es un modelo típico

basado en la información descriptiva enviada por Besalco Energía Renovable S.A.

Figura 11: Diagrama de bloques del regulador de velocidad de CH LOS HIERROS II.

En Figura 12 se detallan los parámetros utilizados para el ajuste del regulador de

velocidad en el modelo, los cuales han sido adoptados de manera de situarse en las

condiciones límites para el cumplimiento de la NTSyCS.

pcu_LosHierrosII: Regulador de Velocidad

cosn

SnomTRATETrate

0

1

2

Switch Hsw

0

1

CQCarray _CQC

-

- Kbs

sKT/(1+sT)Kd,Td

1/sKTKTi

KKp

-

Kgan

sqrdiv0

1

CDarray _CD,qNL

sKT/(1+sT)bt,Td1

CTAarray _CTA

(1/s(1))

amax

KTKTx

-

-

1/s1/KTw

-

sKT/(1+sT)Kn,Tn

DBandDb

pcu_LosHierrosII: Regulador de Velocidad

1

0

3

2

4

5

6

7

Pt

ptpturb

posd

posdg

CC

QC

H

CH

qnl

q

f ref

ci

hre

f

h

dff e

DIg

SIL

EN

T


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Figura 12: Parámetros del modelo del regulador de velocidad.

Respuesta del Regulador de Velocidad

Se realiza una simulación dinámica con la unidad generadora vinculada a un sistema

de potencia infinita con el objeto de ensayar el modelo del regulador de velocidad, verificar

su respuesta y el cumplimiento de los requisitos establecidos en la NTSyCS.

El modelo de la red de potencia infinita fija la frecuencia del banco de prueba, y la

línea entre el sistema y el generador tiene una reactancia de 0.046pu, en base del

generador (6,7MVA, 6,6 kV). La perturbación consiste de un escalón en la referencia de

frecuencia.

La NTSyCS en su artículo 3-18 exige a los generadores que participan del CPF el

cumplimiento de los siguientes ítems:

1. Estatismo permanente con valores entre 4% y 8%, ajustable durante la operación

de la unidad con carga, con excepción de las unidades impulsadas por turbinas


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de vapor, las cuales podrán requerir detener la máquina primaria para modificar

el valor del estatismo.

2. Banda muerta inferior a 0,1% del valor nominal de frecuencia, es decir, ± 25

mHz.

3. Tiempo máximo de establecimiento igual a 30 segundos para unidades

generadoras termoeléctricas y 120 segundos para unidades generadoras

hidroeléctricas, operando conectadas al SI. Para la operación en isla, las unidades

generadoras deberán contar con cambio automático de ajustes de parámetros

previamente definidos de común acuerdo con la DO.

4. Las oscilaciones deberán ser amortiguadas en todos los regímenes de operación.

A fin de determinar el tiempo de establecimiento de la unidad frente a un escalón en

la frecuencia, se realizan dos simulaciones:

escalón de frecuencia de +0,02%

escalón de frecuencia de -0,02%

La inercia de la red de potencia infinita es tal que mantiene la frecuencia invariante.

Luego, el regulador de velocidad visualizará un delta de frecuencia de -0,1Hz en el primer

caso, y un delta de +0,1Hz en el segundo.

Las figuras siguientes muestran las respuestas obtenidas.


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Figura 13: Respuesta del regulador de velocidad ante un escalón de +0,02% en la referencia de frecuencia.

A partir de Figura 13 y Figura 14, se aprecia que la unidad así configurada se

encuentra en condiciones aceptables para regular frecuencia. Como se puede observar, el

tiempo de establecimiento se mantiene por debajo de los 120 segundos (91s y 105s)

establecidos en la normativa vigente para unidades hidroeléctricas.

150,00120,0090,00060,00030,0000,0000 [s]

50,115

50,090

50,065

50,040

50,015

49,990

pcuLosHierros II: fref in p.u. (base: 0,02 )

150,00120,0090,00060,00030,0000,0000 [s]

0,686

0,681

0,676

0,671

0,666

0,661

Los Hierros II: Turbine Power in p.u.

X =120,000 s

0.683 p.u.

91.888 s 0.683 p.u.

150,00120,0090,00060,00030,0000,0000 [s]

50,003

50,002

50,001

50,000

49,999

49,998

Los Hierros II: Speed in p.u. (base: 0,02 p.u.)

CH LOS HIERROS II Plots

Test del GOV Escalón de frecuencia de +0,02%

Date: 7/21/2014

Annex: /1

DIg

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Figura 14: Respuesta del regulador de velocidad ante un escalón de -0,02% en la referencia de frecuencia.

200,00159,96119,9279,88039,840-0,2000 [s]

50,015

49,990

49,965

49,940

49,915

49,890

pcuLosHierros II: fref in p.u. (base: 0,02 )

200,00159,96119,9279,88039,840-0,2000 [s]

0,667

0,662

0,657

0,652

0,647

0,642

Los Hierros II: Turbine Power in p.u.

X =120,000 s

0.643 p.u.

108.265 s 0.643 p.u.

200,00159,96119,9279,88039,840-0,2000 [s]

50,001

50,001

50,000

50,000

49,999

49,999

Los Hierros II: Speed in p.u. (base: 0,02 p.u.)


Test del GOV Escalón de frecuencia de -0,02%

Date: 7/21/2014

Annex: /1

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5.1.2 Control de Tensión

El diagrama de bloques que se muestra en la figura siguiente, detalla el modelo que

se utiliza para representar el regulador de tensión del generador de CH LOS HIERROS II.

La correspondiente parametrización se aprecia en Tabla 5. El modelo a utilizar es uno típico

con las modificaciones necesarias para cumplimentar con la información descriptiva

enviada por Besalco Energía Renovable S.A..

Figura 15: Diagrama de bloques del modelo THYNE del AVR en DIgSILENT PF.

vco_CHLH2:

PID1 - Voltage Regulator

PID4 - Maximun Current Limiter

PID3 - Minimun Current Limiter

Converter

Excitation

PID2 - Current Regulator

uw

-

1/(1+sT)Tr4

1/(1+sT)Tr1

HVgate0

1

LVgate0

1

K/(1+sT)KETB,Tc

-

KKe

Se(ef d)a,b

KKd

Fex(In)Kc

0

1

-

1/sTTe

sK/(1+sT)KD1,TB1

[1/sTvhz]

Ti_vhz

_-3.56KIEC_[1..TI4

KIEC356neg

_0_[1/sT]_3.5..TI3

KIEC356pos

[1/sT]TI2

Up_pos

Up_neg

_0_[1/sT]_TI1

Iexmax2

Limiter

Lsu

p_vhz

0

_-3.5..

KIEC356neg

_0_Li..

KIEC356pos

Limit..

16

-16

Limit..

16

-16

Limit..

Up_pos

Up_neg

Limit..

16

-16

Limit..

16

-16

Limit..

16

-16

Limit..

KIEC2pos

KIEC2neg

KKp_vhz

KK4

KK3

KXp

KUp_negat

KUp_posit

KK2

KK1

-

-

-

-

-

Const

Limit_vhz

Const

Iefmax

Const

Iefmin

vco_CHLH2:

2

3

4

0

0

6

1

1

5

usetp yi12

o12

curex

Uef

Ufc

yi22

ut

yi11

utr1

yo2

sumu

Uf

vx

uerrs

Fex

o13

Iex(4)

yi5

voel

uek

IefRefoutPID2

vuel

in2_Kupss inPID2

outPID4

Ve

yi1

outPID1

o11

yo4

xB1_lim

yi

yo5

yo3

yo1yoinPID1kuerr1uerr1

v_vhz

yi3

Ief1

fe

in2_K_L(..

xi4punto

o17

IefmaxRef

uerr

sumi

IefminRef

kPID4

yi8

xI3punto

o14

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Tabla 5: Parametrización del regulador de tensión.

Respuesta del regulador de tensión

En la Figura 16 se observa la respuesta del generador ante la aplicación de un escalón

del 5% en la consigna de tensión del sistema de regulación de la excitación (el generador

se encuentra operando en vacío). La misma resulta amortiguada presentando un

sobrevalor inferior al 15%, un tiempo de crecimiento inferior a 400mseg (133mseg) y un

tiempo de establecimiento no superior a 1,5seg (0,766 seg).


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Figura 16: Respuesta del Regulador de Tensión.

El sistema de excitación cumple con los requerimientos de la NTSyCS.

5.2 Transformador de Bloque

El modelo del transformador de bloque implementado en DIgSILENT PF se presenta

en Figura 17:

5,004,003,002,001,000,00 [s]

1,08

1,06

1,04

1,02

1,00

0,98

Los Hierros II: Positive-Sequence-Voltage, Magnitude in p.u.

0.192 s 1.045 p.u.

0.059 s 1.005 p.u.

Y = 1,0525 p.u.

0.766 s 1.0525 p.u.

Y = 1,0475 p.u.

0.2893 s1.0578 p.u.

5,004,003,002,001,000,00 [s]

5,00

4,00

3,00

2,00

1,00

0,00

Los Hierros II: Excitation Voltage in p.u.


Escalón de +5% en referencia de tensión del AVR. Generador operando en vacío.

Date: 7/16/2014

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Figura 17: Modelo del transformador de bloque implementado en DIgSILENT PF.

5.3 Línea de Transmisión

La línea aérea de 1x110kV y 426m de extensión que vinculará la S/E Los Hierros

II con un tap-off en la línea que une la actual S/E Los Hierros I con la S/E Canal

Melado, se modela con los siguientes parámetros en el software utilizado:


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Figura 18: Modelo de línea de transmisión en DIgSILENT PF - Parte 1.

Figura 19: Modelo de línea de transmisión en DIgSILENT PF - Parte 2.


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6 ESTUDIO DE FLUJO DE CARGAS

Mediante la resolución de flujos de carga se analiza el impacto sobre el SIC de la

operación a plena potencia de la unidad generadora de la CH LOS HIERROS II,

especialmente en la zona de directa influencia.

Para la realización de este estudio se desarrollan diversos escenarios, los que surgen

de realizar combinaciones entre niveles de demanda (máxima y mínima), capacidad de

regulación de tensión, capacidad de regulación de frecuencia y niveles de inercia

equivalente en el SIC. Todos estos escenarios son diseñados con la premisa de ser factibles

de operación, manteniendo niveles de reserva adecuados para el control de frecuencia.

El estudio de análisis de estado estacionario pretende reproducir diversas

características reales de operación del SIC, además, se consideran condiciones particulares

asociadas al área de influencia de la interconexión de la CH LOS HIERROS II.

El enfoque inicial del análisis de flujos de carga consiste en verificar el funcionamiento

del SIC con el aporte de la nueva central, ya sea en condiciones de red completa (N) como

ante condiciones de simple contingencia (N-1).

En el presente informe se muestran esquemas eléctricos unilineales de la zona de

directa influencia de la central, con los resultados de los flujos de potencia de condiciones

que resultan importantes de mencionar.

Se destaca que en el documento anexo bajo la denominación «EE-ES-2014-0529-

RX_Anexo 1 – Flujos de carga» se encuentran los esquemas unilineales para cada uno de

los escenarios desarrollados para este capítulo del Estudio.

Los esquemas unilineales presentan los resultados de los flujos de potencia de

acuerdo al siguiente detalle:

500kV → color azul

220kV → color verde

110kV → color naranjo

66kV → color marrón

Inferior a 66kV → color celeste

Equipamiento fuera de servicio → color gris


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En todos los unilineales con resultados de flujos de carga presente en este

capítulo se identifican violaciones en niveles de tensión o carga de las líneas

con color fucsia.

En las ramas se presentan los valores de potencia activa en MW, potencia

reactiva en MVAr y el porcentaje de carga. En barras los valores indicados son

tensión, en kV y pu.

Los porcentajes de carga indicados están referidos a los límites térmicos (para

estado estacionario) de los conductores a 25º de temperatura ambiente con

sol (CS).

6.1 Análisis de Red N

A continuación se presentan las principales características de los escenarios sobre

los cuales se evalúa el impacto de la CH LOS HIERROS II en condiciones normales de

operación en el SIC (Red N). Estos escenarios representan condiciones factibles de

operación del sistema y han sido definidos por el CDEC-SIC mediante el documento DO

Nº0554/2014 con fecha 18 de junio de 2014.

En el estudio se evalúan 5 Casos, cada uno de los cuales cuenta con un despacho

para demanda alta (DA) y otro para demanda baja (DB), por lo que en total se analizan

10 Escenarios de operación.

En función de los Escenarios, se define un conjunto de barras y líneas de interés, las

cuales determinan el área de influencia que se considera en el estudio. Para cada Caso se

muestra información global de la operación del SIC, despachos de las unidades

generadoras asociadas a las barras definidas y niveles de transferencias en las líneas.


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6.1.1 Caso 01: Central Los Hierros I (2 unidades) E/S.

La operación en condiciones normales en Caso 01 no presenta inconvenientes en

Demanda Alta ni en Demanda Baja. Se cumple con la normativa relativa a niveles de

tensión en todas las barras del SIC y ninguna línea de la Zona de Influencia se sobrecarga

ni opera en valores cercanos a los límites establecidos.

Red N

ESCENARIO: CASO_01_DA CASO_01_DB

Generación SIC 6.923,81 4.990,63

Hidráulica: 0,42 44,10

Térmica: 0,58 55,90

Demanda SIC: 6.609,00 4.792,81

Despachos [MW]

Los Hierros II 6,00 6,00

Los Hierros I U1 11,50 11,50


Loma Alta 0,00 0,00

Pehuenche U1 0,00 0,00


Colbún U1 0,00 0,00

Colbún U2 0,00 0,00

Transferencias de interés P [MW] Carga [%] P [MW] Carga [%]

Tap Los Hierros II Canal Melado 110kV 28,87 29,88 28,87 29,98

Tap Loma Alta Ancoa 220kV L1 14,66 2,81 14,66 2,82

Pehuenche Tap Loma Alta 220kV L1 -14,07 2,70 -14,07 2,71

Pehuenche Ancoa 220kV L2 14,07 2,70 14,07 2,71 Tabla 6: Operación en Red N. Caso 01, Escenarios de Demanda Alta y Demanda Baja.

6.1.2 Caso 02: Central Los Hierros I (2 unidades) + Loma Alta E/S.

La operación en Caso 02 mantiene a todas las barras del SIC dentro de sus niveles

admisibles de tensión y las transferencias en las líneas de interés producen cargas que no

superan el 30% en ningún circuito, por lo que se cumple con las exigencias de la NTSyCS.


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Red N




Térmica: 55,34 55,95

Demanda SIC: 6.609,80 4.792,81

Despachos [MW]




Loma Alta 38,00 38,00



Colbún U1 0,00 0,00

Colbún U2 0,00 0,00







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6.1.3 Caso 03: Central Pehuenche (2 unidades) E/S.

La operación en Caso 03 tanto para Demanda Alta como para Demanda Baja,

presenta una carga levemente superior al 50% en cada circuito del doble vínculo

Pehuenche – Ancoa 220kV.

Red N



Hidráulica: 44,93% 44,71%

Térmica: 55,07% 53,29%

Demanda SIC: 6.609,80 4.792,81

Despachos [MW]




Loma Alta 0,00 0,00

Pehuenche U1 275,00 275,00

Pehuenche U2 275,00 275,00

Colbún U1 0,00 0,00

Colbún U2 0,00 0,00






No obstante, al considerar F/S a CH LOS HIERROS II la condición mencionada se

mantiene, tal como se muestra en Tabla 9. Esto evidencia la insensibilidad a la operación

de la central en términos de niveles de carga del doble circuito de 220kV.


Tap Los Hierros II Canal Melado 110kV -0,03 0,56 -0,02 0,54



Pehuenche Ancoa 220kV L2 274,95 51,09 274,95 52,95 Tabla 9: Operación en Red N. Caso 03, Escenarios de Demanda Alta y Demanda Baja SIN CH LOS HIERROS II.


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6.1.4 Caso 04: Central Los Hierros I (2U) + Loma Alta + Pehuenche (2U) E/S.

El Caso 04 presenta una mayor exigencia para el enlace 2x220kV Pehuenche-Ancoa,

pues considera E/S a todas las centrales cuyo despacho tiene a dicho vínculo como única

vía de acceso al SIC. La Tabla 10 muestra en color rojo las mayores transferencias, las

cuales se presentan en el primer circuito (L1) del enlace 2x220kV en la sección de línea

que une al Tap-off Loma Alta con S/E Ancoa y en la totalidad del segundo circuito (L2).

Red N




Térmica: 53,56 0,53

Demanda SIC: 6.609,80 4.792,81

Despachos [MW]




Loma Alta 38,00 38,00

Pehuenche U1 275,00 275,00

Pehuenche U2 275,00 257,00

Colbún U1 0,00 0,00

Colbún U2 0,00 0,00




Pehuenche Tap Loma Alta 220kV L1 242,36 45,18 242,36 46,91


Al considerar F/S a CH LOS HIERROS II, persiste la condición de carga sobre el 50%

en ambos circuitos, por lo que ésta resulta insensible a la operación de la central.





Pehuenche Ancoa 220kV L2 304,70 56,78 304,69 58,57 Tabla 11: Operación en Red N. Caso 04, Escenarios de Demanda Alta y Demanda Baja SIN CH LOS HIERROS II.


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6.1.5 Caso 05: Central Los Hierros I (2u) + Loma Alta + Colbún (2u) E/S.

Al considerar F/S a Central Pehuenche, en Caso 05 el enlace 2x220kV Pehuenche –

Ancoa presenta bajos niveles de carga (~7%) en escenarios de Demanda Alta y Demanda

Baja. La puesta en servicio de Central Colbún (2x250=500MW) no produce sobrecargas en

el vínculo 1x220kV Colbún - Ancoa, el cual transporta alrededor de 114MW con una carga

próxima al 19%. De esta forma, y con todas las barras con adecuados niveles de tensión,

la operación cumple con las exigencias de la NTSyCS.

Red N




Térmica: 53,95 53,30

Demanda SIC: 6.609,80 4.792,81

Despachos [MW]




Loma Alta 38,00 38,00



Colbún U1 250,00 250,00

Colbún U2 250,00 250,00







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6.2 Análisis de Red N-1

A partir de los análisis de contingencias exigidos por el CDEC-SIC en el documento

DO Nº0554/2014 para el estudio de interconexión de la CH LOS HIERROS II, en este

apartado se analiza la respuesta estática del SIC ante la ocurrencia de contingencias

simples en el área de influencia de la central o en zonas de relevancia en el desempeño

del SIC.

Para cada uno de los 5 escenarios de Red N descritos en 6.1, se evalúan en forma no

simultánea las siguientes contingencias simples:

Contingencia 1: Salida de servicio de Circuito 2 de línea 2x220 Pehuenche – Ancoa.

Contingencia 2: Apertura de interruptor 220kV de S/E Ancoa hacia S/E Tap Loma Alta.

Contingencia 3: Apertura interruptor 220kV de S/E Pehuenche hacia S/E Tap Loma Alta.

Figura 20: Tipos de contingencias simples consideradas en el Estudio.

PowerFactory 14.1.2

CH LOS HIERROS II

T ipos de contingencias simples estudiadas. Besalco Energía Renovable S.A.

Project:


Date: 7/8/2014

Annex:

Nodes Branches

S/E LA CANDELARIA

S/E PEHUENCHE

S/E ITAHUE

S/E

CANAL MELADO

S/E ANCOA 500kV

S/E COLBUN CENTRAL

LOS HIERROS II

CENTRALLOMA ALTA

CENTRAL

PEHUENCHE

S/E ANCOA 220kV

CENTRAL COLBUN

H

B2

B1

C

J

G2

G1

J1

J1

J2

K1

K2

Colbun - Ancoa 220kVColbun - Ancoa 220kV

Tap Loma Alta - Ancoa 220 kV L1Tap Loma Alta - Ancoa 220 kV L1

G ~

Los Hierros II

G ~

Los Hierros U2

G ~

Los Hierros U1

1

G~

G ~

Pehuenche U2

G ~

Pehuenche U1

Ancoa - Pehuenche 220 kV - L2Ancoa - Pehuenche 220 kV - L2

Pehuenche - Tap. Loma Alta 220 kV L1Pehuenche - Tap. Loma Alta 220 kV L1

G ~G ~

DIg

SIL

EN

T

1

2

3

F/S

F/S

F/S


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Para cada contingencia simple aplicada, se verifica que el conjunto de barras y líneas

de interés operen dentro de los márgenes que exige la normativa vigente (NTSyCS). En el

caso de las barras, se constata si la tensión post contingencia se encuentra dentro de los

límites permitidos según su tensión de servicio, mientras que en líneas se verifica que no

se presenten sobrecargas significativas.

Para los Casos en los que se presenten escenarios de mayor exigencia para alguno

de los parámetros de interés, se exponen las tablas y explicaciones pertinentes, en tanto

que para los Casos en que se cumplen con holgura todos los requerimientos ante las tres

contingencias, se presentan en este informe las principales observaciones y se reserva

para el Anexo 1 la totalidad de las tablas y diagramas unilineales.

6.2.1 Contingencias Caso 01.

Al someter al sistema modelado tanto para escenarios de Demanda Alta como de

Demanda Baja a las tres contingencias simples indicadas, la totalidad de las barras y líneas

bajo observación mantienen sus respectivos parámetros de interés dentro de los márgenes

admisibles según la NTSyCS vigente. Dado el poco nivel de despacho en la zona bajo

estudio en ambos escenarios (6+11,5+11,5 = 29MW), ningún circuito del vínculo 2x220kV

Pehuenche – Ancoa supera una carga de un 5,5%, en tanto que la sección de línea 1x110kV

Tap-off Los Hierros II – Canal Melado se aproxima a un 30%.


En Caso 02 se incrementa el despacho con respecto al anterior al poner en servicio

a la Central Loma Alta con una operación a potencia nominal de 38MW, pero se mantiene

F/S a Central Colbún y a Central Pehuenche, lo que totaliza 29+38=67MW despachados

en la zona de interés. En estas condiciones, tanto para el escenario de Demanda Alta como

de Demanda Baja, todos los elementos estudiados mantienen sus parámetros dentro de

los niveles admisibles. Ante ninguna contingencia los circuitos 2x220kV Pehuenche – Ancoa

superan una carga del 13%, mientras que 1x110kV Tap-off Los Hierros II – Canal Melado

no sufre alteraciones con respecto a Red N y se mantiene con carga cercana a un 30%.


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A diferencia de los casos anteriores ante la ocurrencia de contingencias simples, en

Caso 03 se presentan leves sobrecargas en el circuito 1 entre las S/E Pehuenche y S/E

Ancoa 220kV tanto para Demanda Alta como para Demanda Baja.

ESCENARIO: CASO_03_DA Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3

Barras de interés: Tensión [kV] Tensión [kV] Tensión [kV]

S/E Ancoa 220kV 226,8 226,87 227

S/E Pehuenche 220kV 228,35 228,49 228,37

S/E Colbún 220kV 226,81 226,88 227,01

S/E Canal Melado 220kV 228,35 228,56 227,33

S/E Loma Alta 220kV 228,37 228,58 227,35

S/E Los Hierros I 110kV 114,26 114,36 113,74

S/E Los Hierros II 110kV 114,26 114,36 113,75

Líneas de interés: P [MW] Carga

[%] P [MW]

Carga [%]

P [MW] Carga

[%]

Tap Los Hierros II Canal Melado 110kV

5,95 5,79 5,95 5,78 5,95 5,82

Tap Loma Alta Ancoa 220kV L1 -549,57 103,50 0,00 0,85 -5,88 1,87

Pehuenche Tap Loma Alta 220kV L1

-549,87 102,40 5,88 1,88 0,00 0,02

Pehuenche Ancoa 220kV L2 0,00 0,00 555,88 103,43 550,00 102,39 Tabla 13: Operación Caso 03 en Demanda Alta ante contingencias.

ESCENARIO: CASO_03_DB Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3


S/E Ancoa 220kV 224,63 224,7 224,82

S/E Pehuenche 220kV 222,8 222,95 222,85

S/E Colbún 220kV 224,63 224,71 224,82


S/E Loma Alta 220kV 222,87 223,01 225,05




[%] P [MW]

Carga [%]

P [MW] Carga

[%]

Tap Los Hierros II Canal Melado 110kV

5,95 6,09 5,95 6,10 5,95 6,26

Tap Loma Alta Ancoa 220kV L1 -549,14 106,96 0,00 0,83 -5,88 1,58

Pehuenche Tap Loma Alta 220kV L1

-549,87 105,90 5,88 1,67 0,00 0,02

Pehuenche Ancoa 220kV L2 0,00 0,00 555,88 106,85 550,00 105,90 Tabla 14: Operación Caso 03 en Demanda Baja ante contingencias.


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A partir de Tabla 13 y Tabla 14, se observa que ante la salida de servicio del segundo

circuito (L2) 2x220 Pehuenche – Ancoa (contingencia 1), el primer circuito (L1) supera

levemente su límite de transferencia de potencia admisible de un 100% (517MVA). Dicho

circuito se sobre exige debido a que se transforma en el único enlace de evacuación de la

potencia generada por CH LOS HIERROS II (6MW) y por las dos unidades de Central

Pehuenche, las cuales se encuentran operando a potencia nominal (275MW cada una). En

forma semejante, la apertura del interruptor de S/E Ancoa (contingencia 2) o de S/E

Pehuenche (contingencia 3) que enlazan a ambas subestaciones por medio del primer

circuito (L1) de 220kV, sobrecarga al segundo circuito (L2) de la línea aérea 2x220

Pehuenche – Ancoa.

No obstante lo anterior, estas sobrecargas se presentan independientemente de que

opere la nueva CH LOS HIERROS II pues obedecen a un elevado despacho de Central

Pehuenche, lo cual se evidencia en Tabla 15 y Tabla 16:

Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3

Líneas de interés: P

[MW] Carga

[%] P

[MW] Carga

[%] P

[MW] Carga

[%]

Tap Los Hierros II Canal Melado 110kV -0,02 0,55 -0,02 0,55 -0,25 0,55

Tap Loma Alta Ancoa 220kV L1 543,72 102,37 0,00 0,85 -0,09 1,59

Pehuenche Tap Loma Alta 220kV L1 549,87 102,39 0,09 1,60 0,00 0,01

Pehuenche Ancoa 220kV L2 0,00 0,00 549,90 102,31 550,00 102,39 Tabla 15: Operación Caso 03 en Demanda Alta ante contingencias SIN CH LOS HIERROS II.



[MW] Carga

[%] P

[MW] Carga

[%] P

[MW] Carga

[%]

Tap Los Hierros II Canal Melado 110kV -0,02 0,54 -0,02 0,54 -0,02 0,54


Pehuenche Tap Loma Alta 220kV L1 549,86 105,90 0,09 1,56 0,00 0.01

Pehuenche Ancoa 220kV L2 0,00 0,00 549,90 105,68 550,00 105,90 Tabla 16: Operación Caso 03 en Demanda Baja ante contingencias SIN CH LOS HIERROS II.

Tal como puede observarse, el aporte de la CH Los Hierros II resulta inferior al 2%.


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El Caso 04 presenta una mayor exigencia al vínculo 2x220kV Pehuenche – Ancoa,

pues considera en operación además de a CH LOS HIERROS II y a Central Pehuenche, a

las centrales Loma Alta (38MW) y Los Hierros I (2x11,5MW). En Figura 21 se muestra la

operación en la Zona de Influencia ante la ocurrencia de la Contingencia 1 en Demanda

Baja.

Figura 21: Caso 04 - Demanda Baja - Contingencia 1.

PowerFactory 14.1.2

CH LOS HIERROS II

Flujos de Carga CASO 04 - DB - Contingencia 1

Project:


Date: 7/8/2014

Annex:

Load Flow Balanced

Nodes

Line-Line Voltage, Magnitude [kV]

Voltage, Magnitude [p.u.]

Branches

Active Power [MW]

Reactive Power [Mvar]

Loading [%]

S/E LA CANDELARIA

S/E PEHUENCHE

S/E ITAHUE

S/E

CANAL MELADO

S/E ANCOA 500kV

S/E COLBUN CENTRAL

LOS HIERROS II

CENTRALLOMA ALTA

CENTRAL

PEHUENCHE

S/E ANCOA 220kV

CENTRAL COLBUN

H

B2

B1

C

J

G2

G1

J1

J1

J2

K1

K2

616,45 MW-71,16 Mvar118,46 %

Colbun - Ancoa 220kV

-363

,4..

41,4

159,7

8

Colbun - Ancoa 220kV

363,49-42,1259,78

Tap Loma Alta - Ancoa 220 kV L1

61

6,4

5-7

1,1

61

18

,46

-608,35141,80118,46

G ~

Los Hierros II

6,0

0-0

,59

89,9

9

G ~

Los Hierros U2

G ~

Los Hierros U1

-28,8

74,1

929,3

2

118,48-2,2624,62

118,48-2,2624,62

1

G~

G ~

Pehuenche U2

275,0

0-0

,30

94,8

3

G ~Pehuenche U1

275,0

0-0

,30

94,8

3

-7,5128,333,98

7,51-27,583,98

Ancoa - Pehuenche 220 kV - L2

0,0

00,0

00,0

0

Ancoa - Pehuenche 220 kV - L2

0,000,000,00

Pehuenche - Tap. Loma Alta 220 kV L1

550,0

0-7

2,1

9105,9

0

G ~G ~

DIg

SIL

EN

T


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ESCENARIO: CASO_04_DA Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3


S/E Ancoa 220kV 225,91 225,97 226,41

S/E Pehuenche 220kV 227,64 227,77 228,05

S/E Colbún 220kV 225,92 225,98 226,42


S/E Loma Alta 220kV 227,62 227,8 226,77




[%] P [MW]

Carga [%]

P [MW] Carga

[%]

Tap Los Hierros II Canal Melado 110kV 28,87 29,79 28,87 29,82 28,87 29,64



Pehuenche Ancoa 220kV L2 0,00 0,00 616,58 115,10 550,00 102,54 Tabla 17: Operación Caso 04 en Demanda Alta ante contingencias.

ESCENARIO: CASO_04_DB Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3


S/E Ancoa 220kV 224,45 224,52 224,89

S/E Pehuenche 220kV 222,69 222,83 222,89

S/E Colbún 220kV 224,46 224,52 224,9


S/E Loma Alta 220kV 223 223,12 225,19




[%] P [MW]

Carga [%]

P [MW] Carga

[%]




Pehuenche Ancoa 220kV L2 0,00 0,00 616,59 118,37 550,00 105,91 Tabla 18: Operación Caso 04 en Demanda Baja ante contingencias.

Debido a los elevados niveles de despacho en la zona, los incumplimientos a la

NTSyCS se presentan independientemente de que opere la CH LOS HIERROS II, lo cual se

aprecia en Tabla 19 y Tabla 20:


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[MW] Carga

[%] P

[MW] Carga

[%] P

[MW] Carga

[%]


Tap Loma Alta Ancoa 220kV L1 602,99 114,04 0,00 0,85 60,55 11,38

Pehuenche Tap Loma Alta 220kV L1 549,87 102,73 -60,63 11,31 0,00 0,01

Pehuenche Ancoa 220kV L2 0,00 0,00 610,62 113,97 550,00 102,54 Tabla 19: Operación Caso 04 en Demanda Alta ante contingencias SIN CH LOS HIERROS II.



[MW] Carga

[%] P

[MW] Carga

[%] P

[MW] Carga

[%]


Tap Loma Alta Ancoa 220kV L1 602,55 117,30 0,00 0,83 60,55 11,45

Pehuenche Tap Loma Alta 220kV L1 549,86 105,90 -60,63 11,65 0,00 0,01

Pehuenche Ancoa 220kV L2 0,00 0,00 610,63 117,20 550,00 105,90 Tabla 20: Operación Caso 04 en Demanda Baja ante contingencias SIN CH LOS HIERROS II.

La contribución de LH2 resulta menor al 2%.


En Caso 05 se considera F/S a Central Pehuenche y E/S a Central Colbún

(2x250=500MW), por lo que el vínculo 2x220kV Pehuenche – Ancoa sólo transporta la

potencia proveniente de CH LOS HIERROS II, Los Hierros I y Loma Alta y ninguno de sus

circuitos supera el 13% de carga ante cualquiera de las tres contingencias consideradas.

El enlace 1x220kV Colbún – Ancoa mantiene su mismo nivel de carga tanto para Red N

como ante las contingencias y se aproxima a un 18,4%. Por otra parte, todas las barras

de interés preservan adecuados niveles de tensión.


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6.3 Resultados.

Los análisis efectuados en 6.1 (Red N) y 6.2 (Red N-1) muestran que en los Casos

01, 02 y 05, la operación del SIC en los Escenarios de Demanda Alta y Demanda Baja se

desarrolla sin incumplimientos a la NTSyCS, con todas las barras con niveles de tensión

dentro de los márgenes admisibles y las líneas de interés con transferencias muy inferiores

a sus respectivos límites; específicamente, el enlace 1x110kV Tap-off Los Hierros II – Canal

Melado presenta a lo sumo una carga de aproximadamente un 30% en estado normal y

ante las contingencias simples definidas, en tanto que ninguna sección de línea del doble

circuito Pehuenche – Ancoa 220kV opera en Red N sobre el 7% de su valor de transferencia

máximo admisible, mientras que ante una contingencia simple la carga se mantiene bajo

un 13%.

Por otra parte, en Caso 03 y Caso 04, al considerar un elevado despacho de Central

Pehuenche (2x275MW), se podrían alcanzar niveles de transferencias levemente

superiores al 50% en cada uno de los dos circuitos del doble enlace Pehuenche – Ancoa

220kV. No obstante, esta situación se presenta independientemente de que opere CH LOS

HIERROS II.

En Caso 03, para asegurar que ninguno de los circuitos E/S del vínculo 2x220kV

Pehuenche – Ancoa opere sobre el 100% ante la ocurrencia de alguna de las contingencias

simples estudiadas, bastará reducir el despacho las centrales de la zona con la metodología

actualmente aplicada para estos casos en las centrales existentes.

En Caso 04, todas las unidades generadoras que inyectan energía al SIC a través de

la línea aérea 2x220kV Pehuenche – Ancoa se encuentran E/S, por lo que este Caso se

constituye como el más exigente de todos en Demanda Alta y Demanda Baja para dicho

vínculo. En forma semejante al Caso 03, se hace necesario que el aporte conjunto de

Central Pehuenche, Loma Alta, Los Hierros I y Los Hierros II no supere los ~518MW.

A fin de cuantificar el tiempo disponible para reducir la generación de la zona ante la

contingencia que impone una mayor exigencia a las redes de transmisión de la Zona de

Influencia (Caso 04 – DB – Contingencia 1: Pérdida circuito Pehuenche – Ancoa 220kV L2),

se evalúa el tiempo que tarda el circuito sano en alcanzar su máxima temperatura de

operación tras ocurrir la falla con diferentes niveles de despacho, cuyos resultados se

muestran en Tabla 21. El análisis se realiza en base a la norma IEEE Std. 738-2006: “IEEE

Standard for Calculating the Current-Temperature of bare Overhead Conductors”.


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Generación [MW] Tramo Tap Loma Alta - Ancoa 220kV L1

Pehuenche Loma Alta

CH LH 1

CH LH 2

Total Flujo pre

contingencia [kA]

Carga pre contingencia

[%]

Flujo post contingencia

[kA]

Carga post contingencia

[%]

Tiempo en alcanzar

80°C [min/seg]

2x275 38 2x12 6 618 0,806 59,39 1,61 118,4 18' 2'' 2x275 38 2x12 F/S 612 0,799 58,8 1,59 117,3 19 ' 12''

2x228 38 2x12 F/S 518 0,677 49,85 1,35 99,26 N/A

2x228 38 2x12 6 524 0,685 50,43 1,36 100,41 76' 30''

Tabla 21: Caso 05 – DB – Contingencia 1. Análisis de limitaciones térmicas en condiciones de mayor exigencia.

Se consideraron las siguientes características del conductor bajo estudio:

Tipo conductor tramo Tap Loma Alta – Ancoa 220kV L1: AAAC 1590

Límite de corriente de sobrecarga de corta duración: 1,77kA

T° máxima de operación: 80°C

A partir de Tabla 21 se observa que como se mostró en 6.2.4, al considerar el

despacho máximo de la zona (617MW) ante la pérdida del circuito Pehuenche – Ancoa

220kV L2, el tramo Tap Loma Alta – Ancoa 220kV L1 alcanza el mayor nivel de carga visto

en el Estudio (118,4%), el cual procede del escalón de corriente de 0,806kA a 1,610kA

que se presenta tras la contingencia. Del 18,4% de sobrecarga, CH LOS HIERROS II

aporta sólo un ~1% y reduce los tiempos actualmente operados en 52s. La

temperatura alcanzada por el conductor en función del tiempo ante el escalón se muestra

a continuación:

Figura 22: Temperatura de conductor ante escalón de corriente de 0,806 kA a 1,610kA.

45

50

55

60

65

70

75

80

85

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

[°C

]

[min]

T [°C] vs Tiempo [min] ante escalón de corriente

T [°C]


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De Figura 22 se observa que bajo las condiciones consideradas en el presente

Estudio, en el peor caso posible la temperatura máxima de operación (80°C) se alcanza en

aproximadamente 18 minutos tras ocurrida la falla, tiempo suficiente para ejecutar

maniobras manuales de reducción de generación en las centrales que evacúan su energía

por el vínculo Pehuenche – Ancoa 220kV en forma análoga como se mostró en el estudio

de Impacto de CH LOS HIERROS I y por ende no se prevé necesario implementar un EDAG.

Debido al bajo impacto que tiene el ingreso de CH LOS HIERROS II, se considera

adecuado mantener el mismo esquema de control actualmente implementado, pues las

condiciones de mayor exigencia que conllevan a sobrecargas en el doble circuito Pehuenche

– Ancoa 220kV se presentan sólo ante elevados despachos principalmente de Central

Pehuenche, con independencia de si se considera o no E/S CH LOS HIERROS II, cuyo aporte

(6MW) representa un 1% de la capacidad total instalada en la Zona de Influencia (612MW).


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7 ESTUDIO DE CORTOCIRCUITOS

A fin de analizar el impacto de la CH LOS HIERROS II sobre los niveles de cortocircuito

del SIC, se resuelven cortocircuitos trifásicos, bifásicos (con y sin contacto a tierra) y

monofásicos en los nodos del sistema considerados directamente afectados por el acceso

del mismo.

Se presentan los cálculos de nivel máximo de cortocircuito, los cuales se realizan

conforme lo especifica el procedimiento DO – “CÁLCULO DE NIVEL MÁXIMO DE

CORTOCIRCUITO” con fecha octubre 2011. Este procedimiento establece que el método de

cálculo de las corrientes de falla corresponde al definido por la norma IEC60909-0:2001 –

“Cálculo de corrientes de cortocircuito en sistemas trifásicos de corriente alterna”

especificándose las siguientes condiciones:

a. Factor de tensión (c): De acuerdo con los niveles de tensión de las instalaciones del

SIC que contempla este procedimiento, se deberá considerar un factor de tensión

c igual a 1,1. Esto corresponde a una tensión pre-falla igual a 1,1 veces la tensión

nominal de la instalación directamente afectada.

b. Topología de la red: Se deberá considerar la configuración del sistema que presente

la mayor contribución de las centrales de generación al cortocircuito. Esto

significa tener conectadas todas las unidades de generación, todas las líneas y

transformadores en servicio, tal que se configure el mayor enmallamiento del

sistema.

c. Tiempo mínimo de separación de los contactos del interruptor: En el cálculo de las

corrientes de cortocircuito de interrupción, simétrica y asimétrica, y de la

componente continua de la corriente de cortocircuito, se deberá emplear 40

milisegundos como tiempo mínimo en la separación de los contactos de un

interruptor.

d. Duración de la corriente de cortocircuito: Se deberá considerar un tiempo de

duración, o tiempo de despeje de falla, de 1 segundo.

e. Reactancias de máquinas sincrónicas: Reactancia subtransitoria saturada.

f. Reactancia de máquinas asincrónicas: Reactancia de rotor bloqueado.

Se destaca que en todos los casos se reportan las corrientes simétricas (Ib) y

asimétricas de interrupción (Ibasy).


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Las primeras son definidas como el valor de la componente simétrica de la

corriente de cortocircuito en el instante de separación de los polos de los

interruptores.

Las segundas son definidas como el valor de la componente asimétrica de la

corriente de cortocircuito en el instante de separación de los polos de los

interruptores. Las mismas son calculadas mediante la composición de las

componentes simétrica (Ib) y continua (IDC) calculadas en el instante

especificado.

Luego, se observa que únicamente para el caso de cortocircuitos trifásicos se cuenta

con los valores necesarios para el cálculo de la corriente asimétrica (corriente simétrica y

componente continua).

Por lo tanto, para la obtención de las corrientes asimétricas de los restantes tipos de

cortocircuito (1F, 2FT, 2F), se presentan las siguientes expresiones utilizadas en el cálculo:

𝑖𝐷𝐶 = √2𝐼𝑏𝑀𝑎𝑥𝑒−(

4𝜋𝑋 𝑅⁄

)

(𝑋 𝑅⁄ )1𝐹 =𝑋1 + 𝑋2 + 𝑋0𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅0

(𝑋 𝑅⁄ )2𝐹 =𝑋1 + 𝑋2𝑅1 + 𝑅2

𝑍2𝐹𝑇 =(𝑍1 ∗ 𝑍2 + 𝑍1 ∙ 𝑍0 + 𝑍2 ∙ 𝑍0)

√3 ∗ 𝑍2

(𝑋 𝑅⁄ )2𝐹𝑇 =𝐼𝑚𝑎𝑔{𝑍𝑐𝑐2𝐹𝑇}

𝑅𝑒𝑎𝑙{𝑍𝑐𝑐2𝐹𝑇}

Los cálculos de cortocircuitos a realizar contemplan dos instancias:

Cortocircuitos en BARRAS

Cortocircuitos en ELEMENTOS SERIE


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El primer caso (BARRAS) considera el aporte de TODAS las ramas que acometen a la

misma, por lo que ciertamente muestra resultados conservadores para el análisis de las

capacidades de los interruptores. El objeto es realizar un primer filtro, ya que si los

cortocircuitos en barra son tolerados por todos los interruptores, no será necesario analizar

cada uno de estos de manera independiente.

Luego, y sólo para los interruptores que presenten una capacidad de ruptura inferior

al cortocircuito calculado en barra, se realiza el cálculo de cortocircuito en ELEMENTO

SERIE.

7.1 Selección de Barras

Se realiza el cálculo de cortocircuitos en todos los nodos del área de influencia de la

nueva central, considerando a la misma fuera de servicio (F/S) y en servicio (E/S). En

Tabla 22 se comparan los resultados obtenidos y se destacan en amarillo aquellos nodos

en los cuales el incremento de la potencia de cortocircuito (Skss) supere el 1%. Es en tales

nodos en donde se realiza el estudio detalladamente a fin de verificar la capacidad de los

interruptores.


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S/E Tensión Nominal

[kV]

CH LOS HIERROS II F/S CH LOS HIERROS II E/S Máximo

Skss/Skss [%]

Skss [MVA] Skss [MVA]

Trifásico Bifásico a

tierra Bifásico sin

tierra Monofásico Trifásico

Bifásico a tierra

Bifásico sin tierra

Monofásico

Central Colbún 13,8 2681,94 2567,4 2208,1 2428,2 2682,31 2567,67 2208,41 2428,44 0,02

S/E Colbún 220 9337,39 9420,9 7948,1 9351,4 9350,08 9431,53 7959,23 9360,31 0,14

S/E Loma Alta 220 3120,12 2960,2 2672,9 2617,3 3129,21 2967,96 2680,85 2621,68 0,30

Central Loma Alta 13,8 615,74 568,7 515,7 496,7 615,9 568,81 515,82 496,75 0,03

S/E Los Hierros 110 535,71 606,5 463,4 628,1 557,41 626,08 482,25 648 3,90

Central Los Hierros 6,6 356,86 309,1 309 0,3 361,98 313,52 313,45 0,25 1,42

S/E Pehuenche 220 6557,94 6686,7 5573,4 6690,1 6575,8 6701,52 5588,9 6703,06 0,28

Central Pehuenche 13,8 3326,3 3188,8 2787,6 3026,4 3327,95 3190,14 2789,03 3027,37 0,05

Central Pehuenche 13,8 3326,3 3188,8 2787,6 3026,4 3327,95 3190,14 2789,03 3027,37 0,05

S/E Ancoa 220 9347,48 9430,6 7956,7 9359 9360,24 9441,33 7967,93 9367,97 0,14

S/E Ancoa 500 12757,24 12176,7 11024,7 10681,7 12760,89 12179,92 11028,02 10683,52 0,03

S/E Canal Melado 220 4430,94 4268,8 3786,1 3956,8 4449,84 4284,69 3802,48 3967,15 0,43

S/E Los Hierros II 110 584,8 688,7 505,9 705,8 612,86 715,47 530,2 733,27 4,59

Central Los Hierros II 6,6 86,4 74,8 74,8 0 122,69 106,27 106,27 0 29,60 Tabla 22: Impacto de CH LOS HIERROS II en potencia de cortocircuito en BARRAS.


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7.2 Cortocircuitos en Barras

Se presentan los resultados de las corrientes de cortocircuito trifásicas, monofásicas

y bifásicas (con y sin contacto a tierra) para cada una de las barras eléctricamente cercanas

al punto de vinculación de la CH LOS HIERROS II seleccionadas en el apartado anterior, es

decir, que presentan variaciones en su potencia de cortocircuito mayor al 1% de su

potencia previa a la interconexión del proyecto en estudio.

De Tabla 23 a Tabla 26 se presentan en detalle los resultados de los cálculos de nivel

máximo de cortocircuito para cada uno de los tipos de falla especificados. En Tabla 27 se

muestran los máximos niveles encontrados en cada una de las corrientes de interés.


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Corrientes de Cortocircuito Trifásico

CH LOS HIERROS II E/S

Subestación Tensión Nominal

[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]

X/R

S/E Los Hierros I 110 2,93 (+4%) 7,3 1,4 2,9 2,9 2,9 3,2 34,5 10,3

Central Los Hierros I 6,6 31,67 (+1%) 80,8 20,3 29,7 31,6 31,7 35,9 48,3 13,5

S/E Los Hierros II 110 3,22 (+5%) 8,2 2,0 3,2 3,2 3,2 3,7 44,6 13,0

Central Los Hierros II 6,6 10,73 (+42%) 27,9 8,1 10,2 10,7 10,8 13,0 55,7 16,3

CH LOS HIERROS II F/S


[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]

X/R

S/E Los Hierros I 110 2,81 7,0 1,4 2,8 2,8 2,8 3,1 34,9 10,4

Central Los Hierros I 6,6 31,22 79,7 20,0 29,2 31,2 31,3 35,4 48,3 13,5

S/E Los Hierros II 110 3,07 7,8 1,9 3,0 3,1 3,1 3,6 44,1 12,9

Central Los Hierros II 6,6 7,56 19,7 5,9 7,6 7,6 7,6 9,6 55,5 17,3 Tabla 23: Resultados de cálculo de nivel máximo de cortocircuito – TRIFÁSICO.


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Corrientes de Cortocircuito Monofásico



[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]

X/R

S/E Los Hierros I 110 3,4 (+3%) 8,4 1,4 3,4 3,4 3,4 3,7 28,7 10,1


S/E Los Hierros II 110 3,85 (+4%) 9,8 1,8 3,9 3,9 3,9 4,3 33,2 11,4

Central Los Hierros II 6,6 0 (+100%) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,0



[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]

X/R

S/E Los Hierros I 110 3,3 8,2 1,4 3,3 3,3 3,3 3,6 28,9 10,1


S/E Los Hierros II 110 3,7 9,4 1,7 3,7 3,7 3,7 4,1 33,0 11,3

Central Los Hierros II 6,6 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Tabla 24: Resultados de cálculo de nivel máximo de cortocircuito – MONOFÁSICO.


Tel +54 341 5680321 (+rot)


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Corrientes de Cortocircuito Bifásico



[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]

X/R

S/E Los Hierros I 110 2,53 (+4%) 6,3 1,1 2,5 2,5 2,5 2,8 32,0 11,0


S/E Los Hierros II 110 2,78 (+5%) 7,1 1,6 2,8 2,8 2,8 3,2 41,0 14,1




[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]

X/R

S/E Los Hierros I 110 2,43 6,0 1,1 2,4 2,4 2,4 2,7 32,1 11,1


S/E Los Hierros II 110 2,66 6,8 1,5 2,7 2,7 2,7 3,1 40,3 13,8

Central Los Hierros II 6,6 6,54 17,1 4,5 6,5 6,5 6,6 8,0 48,7 17,5 Tabla 25: Resultados de cálculo de nivel máximo de cortocircuito – BIFÁSICO.


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Corrientes de Cortocircuito Bifásico a Tierra



[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]

X/R

S/E Los Hierros I 110 3,29 (+3%) 8,2 1,1 3,3 3,3 3,3 3,5 22,8 8,5


S/E Los Hierros II 110 3,76 (+4%) 9,6 1,2 3,8 3,8 3,8 3,9 22,5 8,4




[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]

X/R

S/E Los Hierros I 110 3,18 7,9 1,0 3,2 3,2 3,2 3,4 23,1 8,6


S/E Los Hierros II 110 3,61 9,2 1,2 3,6 3,6 3,6 3,8 22,8 8,5

Central Los Hierros II 6,6 6,54 17,1 0,0 6,5 6,5 6,6 6,5 0,0 0,0 Tabla 26: Resultados de cálculo de nivel máximo de cortocircuito – BIFÁSICO A TIERRA.


Tel +54 341 5680321 (+rot)


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Tabla 27: Resultados de cálculo de cortocircuito - NIVELES MÁXIMOS.

Corrientes de Cortocircuito Máximas



[kV]

I''k [kArms]

ip [kA]

i dc [kA]

Ib [kArms]

Ik [kArms]

Ith [kArms]

Iasi [kArms]

k dc [%]*

S/E Los Hierros I 110 3,40 8,4 1,4 3,4 3,4 3,4 3,7 34,5

Central Los Hierros I 6,6 31,67 80,8 20,3 29,7 31,6 31,7 35,9 48,3

S/E Los Hierros II 110 3,85 9,80 1,99 3,85 3,85 3,86 4,33 44,60

Central Los Hierros II 6,6 10,73 27,85 8,06 10,24 10,72 10,76 13,03 55,70



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7.3 Verificación de equipamiento

A partir de los resultados obtenidos, en la Tabla 28 se contrastan los valores

máximos de corriente de cortocircuito simétrica y asimétrica de las cuatro barras

seleccionadas, con el valor de capacidad de ruptura del respectivo paño limitante. En el

caso de las dos barras asociados a CH LOS HIERROS II, la información se ha obtenido de

los datos entregados por Besalco Energía Renovable S.A., mientras que los datos de los

interruptores correspondientes a Central Los Hierros se obtuvieron de la base de datos

pública disponible en el sitio Web del CDEC-SIC.


[kV]

Corrientes Simétricas [kA] Corrientes Asimétricas [kA] Capacidad

de Ruptura

Paño Limitante

Max Icc

Cumplimiento

Capacidad de

Ruptura Paño

Limitante

Max Icc Cumplimiento

S/E Los Hierros I 110 40 3,40 CUMPLE 41,23 3,68 CUMPLE

Central Los Hierros I 6,6 31,5 29,67 CUMPLE 32,89 35,94 VERIFICAR

S/E Los Hierros II 110 40 3,85 CUMPLE 32,89 4,33 CUMPLE

Central Los Hierros II 6,6 31,5 10,24 CUMPLE 32,89 13,03 CUMPLE Tabla 28: Verificación de interruptores con CH LOS HIERROS II E/S.

De Tabla 28, se observa que el único caso en el cual la máxima corriente de

cortocircuito en barra supera el valor admisible de su respectivo paño limitante,

corresponde a la barra de generación de las unidades de Central Los Hierros I. Luego, se

hace necesario realizar un análisis más detallado para verificar si los elementos serie

asociados al paño serán capaces de soportar las corrientes de cortocircuito a las cuales

podrían verse expuestos.

7.4 Análisis en Elementos Serie

El incumplimiento para fallas en barras se presenta para fallas francas trifásicas

(35,94kA).

La barra de 6,6kV de la S/E Los Hierros I posee asociados 3 interruptores a saber:

Interruptor Generador 1: ABB HD4/P 1600A – 31,5kA – 30% Idc

Interruptor Generador 2: ABB HD4/P 1600A – 31,5kA – 30% Idc

Servicios Auxiliares: ABB HD4/P 630A – 31,5kA – 30% Idc



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Los interruptores de los generadores no estarán sometidos ante ninguna condición

de falla a las corrientes detalladas. Por ello se obtienen los aportes de corriente en las dos

condiciones mostradas en Figura 23.

Figura 23: Corrientes a interrumpir en generadores de Los Hierros I.

Interruptor de Servicios Auxiliares

Nombre Tensión

[kV]

Condición

de Falla

Corrientes asimétricas [kA]

F3F Capacidad Cumplimiento

Los Hierros 6,6 F1 29,07 32,89 CUMPLE

F2 6,87 32,89 CUMPLE Tabla 29: Verificación de la capacidad de interruptores en generadores de Los Hierros I.

A partir de Tabla 29, se observa que los interruptores de los generadores cuentan

con la capacidad requerida para tolerar las condiciones de falla de mayor severidad posible.

En el caso del interruptor asociado al transformador de SS/AA, éste debe soportar

las corrientes de cortocircuito en barras, por lo que para un tiempo de apertura de

contactos de 40ms, dicho elemento no cuenta con suficiente capacidad para la apertura de

corrientes asimétricas de fallas trifásicas.



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Figura 24: Corriente a interrumpir en transformador de SS/AA de Los Hierros I.

Interruptor de Servicios Auxiliares

Nombre Tensión

[kV]

Condición

de Falla



Los Hierros 6,6 F 35,94 32,89 NO CUMPLE

Tabla 30: Corrientes asimétricas en interruptor de SS/AA de Los Hierros I.

La corriente asimétrica supera en 3kA la capacidad del interruptor para fallas

trifásicas francas. Debido al tipo de puesta a tierra de los generadores, las fallas a tierra

no provocan corrientes de cortocircuito elevadas.

La condición evaluada resulta extrema para el interruptor bajo análisis dado que

contempla un tiempo de separación de contactos de 40mseg. Cabe destacar, que dicha

condición ya es existente sin considerar a CH LOS HIERROS II E/S. El fabricante de los

interruptores de 6,6kV indica un tiempo mínimo de apertura de 100ms por lo cual, en la

siguiente tabla, se evalúan la corriente asimétrica para fallas trifásicas considerando este

tiempo de separación de contactos.

Interruptor de Servicios Auxiliares – Tiempo mínimo de apertura: 100ms

Nombre Tensión

[kV]

Condición

de Falla



Los Hierros I 6,6 F 33,00 32,89 LÍMITE

Tabla 31: Corrientes asimétricas en interruptor de SS/AA de Los Hierros I.- Tiempo mínimo de apertura: 100ms

Como se observa a partir de Tabla 31, al considerar un tiempo mínimo de separación

de contactos de 100ms, la corriente asimétrica disminuye su valor debido al importante

decaimiento de la componente de corriente continua. El mayor valor de corriente



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asimétrica se encuentra para una falla bifásica (F2F), siendo ésta la única que supera

levemente (en 0,11kA) la capacidad indicada.

De los análisis realizados puede concluirse que sólo el interruptor de SSAA de la

central Los Hierros I presentaría incumplimientos de capacidad para corrientes asimétricas

de fallas trifásicas francas. Esta condición se presenta al evaluar corrientes de cortocircuito

en el instante de 40ms, lo cual resulta una condición de gran exigencia para el interruptor.

Resulta esperable que para este nivel de tensión, los tiempos involucrados en la apertura

(trip al interruptor y tiempo de inicio de la separación de contactos) sean mayores al

mencionado, resultando en valores de corrientes de cortocircuito menores a la capacidad

del interruptor para fallas trifásicas, monofásicas y bifásicas a tierra, en tanto que la mayor

exigencia se produce para las fallas bifásicas, la cual podría superar levemente (0,11kA)

el límite de capacidad de ruptura para un tiempo mínimo de apertura de 100ms.



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8 ESTUDIO DE ESTABILIDAD TRANSITORIA

En este capítulo se analiza el desempeño dinámico de la CH LOS HIERROS II en su

operación interconectada al sistema. Para ello se ejecutan múltiples simulaciones en el

dominio del tiempo introduciendo distintas perturbaciones, principalmente en el área de

influencia del proyecto.

La definición de las contingencias se encuentra en concordancia con el análisis

realizado en estado estacionario, de manera de verificar los resultados obtenidos y así,

corroborar la factibilidad de operación del sistema ante las diversas condiciones planteadas

durante el desarrollo del estudio.

Se efectúan perturbaciones que resulten de interés para el Estudio, incluyendo fallas

bifásicas a tierra con la posterior desvinculación de líneas o cables, según corresponda,

desvinculaciones de unidades generadoras, desvinculaciones de consumos, etc.

8.1 Definición de Fallas

Las contingencias modeladas en el estudio dinámico, han sido definidas por el CDEC-

SIC en el documento DO Nº0554/2014, las cuales se efectúan en los 10 Escenarios

originales de Red N; éstas son:

1) Desconexión intempestiva de una unidad de Central Pehuenche.

2) Desconexión intempestiva de la Central Los Hierros I.

3) Falla bifásica a tierra en el Circuito 2 de la línea 220kV Pehuenche – Ancoa, en

5% y 95% de la línea.

4) Falla bifásica a tierra en el tramo 220kV Tap Loma Alta – Ancoa, en 5% y 95%

de la línea.

5) Falla bifásica a tierra en la línea 220kV Colbún – Ancoa, en 50% de la línea.

8.2 Criterios de Evaluación del Desempeño Dinámico

El análisis de estabilidad transitoria del SIC consiste en evaluar la evolución temporal

de variables claves durante los primeros 20 segundos luego de que el sistema sea sometido

a una gran perturbación.



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La estabilidad en régimen transitorio del SIC se evalúa sobre la base de los siguientes

parámetros:

1) Excursión del ángulo del rotor en primera oscilación. Estabilidad angular no oscilatoria

2) Amortiguamiento de las oscilaciones. Estabilidad angular oscilatoria

3) Recuperación de la frecuencia. Estabilidad en frecuencia

4) Recuperación y control de la tensión. Estabilidad en tensión

Cuando se verifiquen simultáneamente los cuatro criterios de desempeño, se podrá

concluir que el SIC resulta estable para la falla analizada.

Estabilidad Angular No Oscilatoria

El criterio para determinar la estabilidad transitoria en la primera oscilación rotórica

se ha establecido mediante dos parámetros claves: máximo ángulo rotórico y mínima

tensión transitoria.

Se adopta como referencia de ángulos un generador cercano al centro inercial del

sistema y se considera un ángulo de 120º como máximo ángulo de carga admitido para

máquinas vinculadas al sistema de transmisión.

Se verifica que la tensión en los nodos de 500kV y 220kV del SIC no descienda por

debajo de 0.7pu ni permanezca más de 1 segundo por debajo de 0.8pu luego de 10ms

ocurrido el despeje de una falla.

Estabilidad Angular Oscilatoria

Factor de amortiguamiento relativo (ξ) aplicado a los modos de oscilación:

Escenario crítico (red N): ξ ≥ 0,10pu. Las oscilaciones de potencia se deben reducir al

15% de su valor inicial en el curso de 3 ciclos.

Escenario post contingencia: ξ ≥ 0,05pu. Las oscilaciones de potencia se deben reducir

al 40% de su valor inicial en el curso de 3 ciclos.

Estabilidad de Frecuencia

Se verifica que en el caso de una contingencia simple, la frecuencia mínima en

instalaciones del Sistema de Transmisión Troncal sea igual o mayor a 48,3Hz,

aceptándose en instalaciones de Sistemas de Subtransmisión o Sistemas de



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Transmisión Adicional, un descenso transitorio de la frecuencia por debajo de 48,3Hz

durante un tiempo inferior a los 200ms. (Art. 5-44 NTSyCS).

Se verifica que la frecuencia en las barras de generación supere el nivel de 47,5Hz

dentro de los 5s de iniciada la falla y que ingrese en un entorno (50 ± 1)Hz dentro de

los 90s de iniciada la falla. (Art. 3-10 y Art. 3-12 NTSyCS).

Estabilidad en Tensión

Se considera aceptable la recuperación de la tensión (20 segundos desde el inicio de

la perturbación) en cada nodo de la red de alta tensión si la misma presenta valores

comprendidos entre:

±4 % para nodos de 500kV



8.3 Análisis de Contingencias

En este apartado se lleva a cabo el estudio de contingencias, realizando una breve

descripción de las mismas y resumiendo los principales resultados y conclusiones que

emergen de la observación de las evoluciones temporales y flujos post-falla.

Cada una de las contingencias indicadas 8.1 ha sido simulada para los 10 Escenarios

base, pero en esta sección solamente se muestran los resultados de los Escenarios más

significativos para cada una de ellas. En el documento EE-ES-2014-0529-RA_Anexo 2-RMS

se presentan las tablas y evoluciones temporales de todas las variables de interés y para

la totalidad de los casos.

8.3.1 Contingencia 1: Desconexión Pehuenche U1.

La desconexión de una unidad de la Central Pehuenche, solamente es significativa en

Caso 03 y Caso 04, en los cuales la Central se encuentra E/S. Para ambas situaciones,

tanto en Demanda Alta como en Demanda Baja, se despachan las dos unidades de

Pehuenche a potencia nominal (2x275MW). Esta condición de elevada generación conlleva

a que la línea 2x220kV Pehuenche – Ancoa opere con un nivel de carga levemente superior

al 50% en cada uno de sus circuitos en régimen permanente, independientemente del nivel

de despacho de Loma Alta, Los Hierros I y CH LOS HIERROS II.



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Para la Contingencia 1, se muestra gráficamente en Figura 25 y Figura 26 el

desempeño dinámico del Caso 4 en condición de Demanda Baja, el cual cumple con todas

las exigencias de la NTSyCS al igual que los otros Escenarios estudiados. Las excursiones

angulares son pequeñas, en tanto que el nivel de tensión en 220kV no decrece bajo 0,98pu.

El enlace Pehuenche – Ancoa en 220kV responde satisfactoriamente ante la pérdida de

generación al amortiguar la transferencia de potencia y alcanzar el régimen permanente

en menos de 4 segundos desde ocurrida la contingencia. Por otra parte, la frecuencia en

todas las unidades estudiadas converge rápidamente y sin descender bajo los 49,5 Hz.

Figura 25: Transitorios Electromecánicos – Caso 04-DB – Contingencia 1: Operación global.

20,016,012,08,004,000,00 [s]

125,0

75,00

25,00

-25,00

-75,00

-125,0

Los Hierros II: Ángulo rotórico.

Los Hierros U1: Ángulo rotórico.

Colbún U1: Ángulo rotórico.

Loma Alta: Ángulo rotórico.

Pehuenche U1: Ángulo rotórico.

Y =-120,00 deg

Y = 120,00 deg

1 .29 s-22 .16 deg

20,016,012,08,004,000,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650

Col\5: u1, Magnitude in p.u. (base: 1,03 p.u.)

LAlta\J: u1, Magnitude in p.u. (base: 1,04 p.u.)

Melado\J Canal Melado 220kV: u1, Mag. in pu (base: 1,04 p.u.)

Anc\J1: u1, Magnitude in p.u. (base: 1,02 p.u.)

Pehu\J1: u1, Magnitude in p.u. (base: 1,04 p.u.)

Y=0,93pu

Y=1,07pu

Y = 0,70 p.u.

Y = 0,80 p.u.

2 .06 s 0 .98 p.u.

20,016,012,08,004,00-0,00 [s]

170,0

136,0

102,0

68,00

34,00

0,000

Ancoa - Pehuenche 220 kV - L2: Loading in %

Canal Melado - Los Hierros 110kV: Loading in %

Colbun - Ancoa 220kV: Loading in %

Ancoa - Pehuenche 220 kV - L1\Tap Loma Alta - Ancoa 220 kV L1: %

Y = 100,00 %

12,09,607,204,802,40-0,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650

Anc\K1: u (pu)

Y = 0,96 p.u.

Y = 1,04 p.u.

Y = 0,70 p.u.

Y = 0,80 p.u.

2 .11 s 1 .00 p.u.

Transitorios Electromecánicos Operacion_Global

CASO 04- DB Contingencia 1

Date: 7/17/2014

Annex: /1

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Figura 26: Transitorios Electromecánicos – Caso 04-DB – Contingencia 1: Amortiguamiento y frecuencia.

El desempeño dinámico del Escenario estudiado se condensa en Tabla 32:

Evaluación de Desempeño Dinámico - Caso 04 - Demanda Baja

Contingencia 01 - Pehuenche U1 F/S

Factor de amortiguación (ζ) N/A

Máxima Excursión Angular (°) -22,16

Unidad con máxima excursión Loma Alta

Tensión Mínima post-falla (pu) barras 220kV 0,98


Frecuencia Mínima (Hz) 49,55

Unidad con mínima frecuencia Todas semejantes

Recuperación de Tensión previo a 20s SÍ Tabla 32: Evaluación Desempeño Dinámico - Caso 04-DB- Contingencia 1.

El Factor de amortiguación no es posible de determinar por el método convencional

que utiliza el registro de los dos primeros peaks de potencia activa, pues en este caso la

potencia cesa las oscilaciones regulares antes de alcanzar el segundo peak, lo cual muestra

la robustez con la cual el enlace Pehuenche – Ancoa responde a la pérdida de una unidad

de Central Pehuenche.

15,012,09,006,003,000,00 [s]

314,8

283,0

251,2

219,3

187,5

155,7

Ancoa - Pehuenche 220 kV - L2: P [MW]

1 .58 s176.96 MW

10.05 s169.99 MW 2 .05 s

174.32 MW

20,016,012,08,004,000,00 [s]

51,50

50,80

50,10

49,40

48,70

48,00

Los Hierros II: Frequency Output in p.u. (base: 0,02 p.u.)

Loma Alta: Frequency Output in p.u. (base: 0,02 p.u.)

Los Hierros U1: Frequency Output in p.u. (base: 0,02 p.u.)

Pehuenche U1: Frequency Output in p.u. (base: 0,02 p.u.)


Colbún U1: s:fe

Anc\J1: Electrical Frequency in Hz

Y=51[Hz]

Y=48,3[Hz] 0 .99 s

Y=49[Hz]

6 .64 s 49 .55 p.u.

Transitorios Electromecánicos Amortiguamiento_y_Frecuencia


Date: 7/17/2014

Annex: /2

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8.3.2 Contingencia 2: Desconexión Central Los Hierros I.

La desconexión intempestiva de las dos unidades de Central Los Hierros I se evalúa

con un despacho de 11,5MW en ambos generadores de la central. El impacto que tiene

esta contingencia sobre la operación del SIC es menor y no produce alteraciones

significativas en las respuestas de las otras máquinas síncronas ni en los niveles de tensión

y frecuencia.

En Caso 01, en el cual en la Zona de Influencia solamente se despacha CH LOS

HIERROS II (6MW) y Central Los Hierros I (2x11,5MW), la desconexión de esta última

produce oscilaciones menores en el generador de CH LOS HIERROS II, mientras que las

barras de 220kV eléctricamente cercanas prácticamente no ven alterados sus niveles de

tensión ni frecuencia, tal como se muestra en Figura 27 y Figura 28:


10,08,006,004,002,000,00 [s]

125,0

75,00

25,00

-25,00

-75,00

-125,0

Colbún U1: Ángulo rotórico

Loma Alta: Ángulo rotórico

Los Hierros II: Ángulo rotórico

Los Hierros U1: Ángulo rotórico

Pehuenche U1: Ángulo rotórico

Y =-120,00 deg

Y = 120,00 deg

1 .16 s-29 .56 deg

10,08,006,004,002,000,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650






Y=0,93pu

Y=1,07pu

Y = 0,70 p.u.

Y = 0,80 p.u.

4 .10 s 0 .99 p.u.

10,008,006,004,002,000,00 [s]

170,0

136,0

102,0

68,00

34,00

0,000





Y = 100,00 %

10,08,006,004,002,000,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650

Anc\K1: u (pu)

Y = 0,96 p.u.

Y = 1,04 p.u.

Y = 0,70 p.u.

Y = 0,80 p.u.

4 .45 s 1 .00 p.u.



Date: 7/18/2014

Annex: /1

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Contingencia 2 - Los Hierros I U1 y U2 F/S

Factor de amortiguación (ζ) 13,64%


Unidad con máxima excursión Los Hierros II




Unidad con mínima frecuencia Los Hierros II

Recuperación de Tensión previo a 20seg SÍ Tabla 33: Evaluación Desempeño Dinámico - Caso 01-DB- Contingencia 2.

Para todos los Escenarios estudiados se verifica el cumplimiento de los criterios de

desempeño dinámico.

10,08,006,004,002,000,00 [s]

14,65

12,13

9,603

7,079

4,555

2,032


1 .32 s 3 .07 MW

1 .65 s 2 .96 MW

3 .68 s 2 .88 MW

10,08,006,004,002,000,00 [s]

51,50

50,80

50,10

49,40

48,70

48,00


Loma Alta: s:fe


Pehuenche U1: s:fe

Pehuenche U2: s:fe

Colbún U1: s:fe


Y=51[Hz]

Y=48,3[Hz] 0 .99 s

Y=49[Hz]

1 .41 s 49 .94 p.u.



Date: 7/18/2014

Annex: /2

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8.3.3 Contingencia 3: F2FT C2 Pehuenche – Ancoa al 5% de línea (Pehuenche).

La Contingencia 3 consiste en la implantación de una falla bifásica franca a tierra en

el segundo circuito (L2) de la línea Pehuenche – Ancoa 220kV en t=1s al 5% de la línea en

el extremo Pehuenche. Luego, tras 120ms se ejecuta la apertura de los interruptores en

L2 y el despeje de la falla.

Ante la ocurrencia de la contingencia 3, todos los flujos que en un tiempo pre-falla

tenían sentido Pehuenche Ancoa por L2, tras ocurrido el despeje se redirigen hacia Ancoa

a través del circuito 1 (L1), el cual presenta mayores exigencias en términos de nivel de

carga en los escenarios en los cuales se encuentran E/S ambos generadores de Central

Pehuenche (Caso 3 y Caso 4).


10,08,006,004,002,000,00 [s]

125,0

75,00

25,00

-25,00

-75,00

-125,0

Los Hierros II: Ángulo rotórico.

Los Hierros U1: Ángulo rotórico.

Colbún U1: Ángulo rotórico.

Loma Alta: Ángulo rotórico.

Pehuenche U1: Ángulo rotórico.

Y =-120,00 deg

Y = 120,00 deg

1 .22 s 63 .96 deg

20,016,012,08,004,000,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650






Y=0,93pu

Y=1,07pu

Y = 0,70 p.u.

Y = 0,80 p.u.

2 .30 s 0 .96 p.u.

20,016,012,08,004,00-0,00 [s]

170,0

136,0

102,0

68,00

34,00

0,000





Y = 100,00 %

19.16 s118.15 %

12,09,607,204,802,40-0,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650

Anc\K1: u (pu)

Y = 0,96 p.u.

Y = 1,04 p.u.

Y = 0,70 p.u.

Y = 0,80 p.u.

2 .26 s 1 .01 p.u.



Date: 7/17/2014

Annex: /1

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Figura 30: Transitorios Electromecánicos - Caso 04-DB – Contingencia 3: Amortiguamiento y frecuencia.

La Figura 29 muestra la operación global del Escenario en el cual se alcanza el nivel

de carga más alto para el primer circuito de Pehuenche – Ancoa 220kV, el cual en régimen

permanente es de 118,15%, equivalente a una transferencia de 620MVA. Para esta

configuración, el aporte de CH LOS HIERROS II (6MW) a la sobrecarga tanto transitoria

como permanente es mínimo, pues el despacho total en la Zona de Influencia es de

617MW. Se observa que los ángulos de rotor y las tensiones en barras de 220kV y 500kV

cumplen con las exigencias de la NTSyCS. A partir de Figura 30, se verifica un

amortiguamiento en la sección de línea Tap Loma Alta – Ancoa 220kV de un 11,3% y que

la frecuencia en todos los generadores del área de interés se mantiene dentro de los límites

admisibles. El desempeño dinámico del Escenario se condensa en Tabla 34:

15,012,09,006,003,000,00 [s]

6,215

-187,2

-380,7

-574,1

-767,6

-961,0

Ancoa - Pehuenche 220 kV - L1\Tap Loma Alta - Ancoa 220 kV L1: P [MW]

1 .33 s-916.94 MW

2 .20 s-757.28 MW

12.07 s-604.27 MW

20,016,012,08,004,000,00 [s]

51,50

50,80

50,10

49,40

48,70

48,00






Colbún U1: s:fe


Y=51[Hz]

Y=48,3[Hz]

Y=49[Hz]

1 .34 s 48 .59 p.u.



Date: 7/17/2014

Annex: /2

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Contingencia 03 - F2FT 5% (Pehuenche L2)


Máxima Excursión Angular (°) 63,96

Unidad con máxima excursión Los Hierros II






Para que no se presente una sobrecarga en el circuito de Pehuenche – Ancoa que se

mantiene E/S tras la contingencia, es necesario reducir el despacho de la zona a un máximo

de 517MW. En Figura 31 se muestra la respuesta dinámica del sistema al considerar un

despacho de 225MW en ambas unidades de Central Pehuenche, manteniendo a las otras

centrales con sus despachos originales.

Figura 31: Transitorios Electromecánicos – Caso 04-DB – Contingencia 3: Reducción de despacho a 517MW en

Zona de Influencia

10,08,006,004,002,000,00 [s]

125,0

75,00

25,00

-25,00

-75,00

-125,0






Y =-120,00 deg

Y = 120,00 deg

1 .78 s-51 .53 deg

10,08,006,004,002,000,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650






Y = 0,70 p.u.

Y=0,93pu

Y=1,07pu

Y = 0,80 p.u.

2 .29 s 0 .96 p.u.

10,008,006,004,002,000,00 [s]

200,0

160,0

120,0

80,00

40,00

0,000





Y = 100,00 %

9 .74 s 98 .93 %

1 .26 s154.97 %

10,08,006,004,002,000,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650

Anc\K1: u (pu)

Y = 0,80 p.u.

Y = 0,96 p.u.

Y = 1,04 p.u.

Y = 0,70 p.u.

2 .24 s 1 .01 p.u.


CASO 04- DB (con Pehuenche 2x225MW) Contingencia 3

Date: 7/20/2014

Annex: /1

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8.3.4 Contingencia 4: F2FT C2 Pehuenche – Ancoa al 95% de línea (Ancoa).

La ocurrencia de una falla bifásica a tierra al 95% del segundo circuito de 220kV que

enlaza a S/E Pehuenche con S/E Ancoa, es decir, en las proximidades de esta última

estación, produce efectos muy similares a los analizados en el punto 8.3.3 para

Contingencia 3. En todos los Escenarios analizados, se verifica el cumplimiento de las

exigencias en términos de estabilidad de tensión, frecuencia, excursión angular y

amortiguamiento. En lo que respecta a niveles de carga, análogamente al caso anterior, la

reducción del despacho de la Zona de Influencia a 517MW hace posible una operación sin

sobrecargas en el primer circuito de la línea aérea Pehuenche – Ancoa 220kV ante la

pérdida del segundo.

8.3.5 Contingencia 5: F2FT Tap Loma Alta – Ancoa al 5% de línea (Tap L.A.).

La ocurrencia de una falla al 5% de la línea Tap Loma Alta – Ancoa (en las

proximidades del Tap) y la consecuente apertura del enlace, produce que los paños

asociados a S/E Canal Melado se desvinculen del SIC, pues dicha S/E es la única vía de

acceso al sistema para evacuar la energía producida por las centrales Loma Alta, Los

Hierros I y CH LOS HIERROS II. Por esta razón, y dado que en la isla formada no hay

suficiente carga que abastecer en comparación al nivel de despacho, esta contingencia

produce una sobrefrecuencia en todas las máquinas E/S de la zona, las cuales deberán

desconectarse.

Debido a la mencionada condición topológica, en aquellos escenarios en los cuales

Central Pehuenche se encuentra F/S, la contingencia 5 produce un bajo impacto en el SIC

pues desvincula como máximo a una generación de 68MW correspondiente a Central Loma

Alta (38MW), Central Los Hierros I (2x12MW) y CH LOS HIERROS II (6MW). Bajo esas

condiciones, esta perturbación no altera significativamente los niveles de tensión, y como

se aprecia en Figura 32, la frecuencia responde satisfactoriamente y la potencia registrada

en la línea más próxima a la falla y que transporta mayor potencia (Colbún – Ancoa 220kV),

presenta un amortiguamiento tal que se logra rápidamente el régimen permanente.



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Evaluación de Desempeño Dinámico - Caso 02- Demanda Baja

Contingencia 5 - F2FT 5% (Tap Loma Alta L1)


Máxima Excursión Angular (°) 54,90

Unidad con máxima excursión Los Hierros I

Tensión Mínima post-falla (pu) 220kV 0,98

Tensión Mínima post-falla (pu) 500kV 1,00


Unidad con mínima frecuencia S/E Ancoa



Tanto en Caso 3 como en Caso 4, al considerar E/S a Central Pehuenche, la pérdida

del primer circuito de la línea Pehuenche – Ancoa 2x220kV resulta más significativa que

en los casos ya mencionados, pero aún se mantiene un adecuado desempeño dinámico

tras ocurrida la contingencia.

20,016,012,08,004,000,00 [s]

241,0

201,7

162,3

123,0

83,60

44,24

Colbun - Ancoa 220kV: P [MW]

1 .34 s219.16 MW

1 .86 s212.45 MW

17.06 s211.76 MW

20,016,012,08,004,000,00 [s]

51,50

50,80

50,10

49,40

48,70

48,00




Pehuenche U1: s:fe

Pehuenche U2: s:fe

Colbún U1: s:fe


Y=51[Hz]

Y=48,3[Hz]

Y=49[Hz]

8 .08 s 49 .91 Hz



Date: 7/17/2014

Annex: /2

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Contingencia 5 - F2FT 5% (Tap Loma Alta L1)



Unidad con máxima excursión Pehuenche

Tensión Mínima post-falla (pu) 220kV

0,97

Tensión Mínima post-falla (pu) 500kV

1,01


Unidad con mínima frecuencia Pehuenche

U1 y U2



De Figura 33 se observa que las unidades de Central Loma Alta, Central Los Hierros

I y CH LOS HIERROS II, pierden su sincronismo ante la falla que las desvincula del SIC, en

tanto que las unidades de Central Pehuenche tras una leve oscilación de baja excursión,

antes de los 4 segundos ya alcanzan el régimen permanente de la frecuencia.

15,012,09,006,003,000,00 [s]

894,3

719,8

545,3

370,8

196,3

21,83


1 .34 s854.44 MW

2 .20 s688.94 MW

10.24 s545.64 MW

20,016,012,08,004,000,00 [s]

51,50

50,80

50,10

49,40

48,70

48,00






Colbún U1: s:fe


Y=51[Hz]

Y=48,3[Hz]

Y=49[Hz]

1 .55 s 49 .49 p.u.



Date: 7/17/2014

Annex: /2

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8.3.6 Contingencia 6: F2FT Tap Loma Alta – Ancoa al 95% de línea (Ancoa).

Análogamente a la Contingencia 5, una falla bifásica a tierra al 95% de la línea Tap

Loma Alta – Ancoa y la posterior desconexión del circuito L1, también produce una

desvinculación de los paños asociados a S/E Canal Melado.

En todos los Escenarios analizados se cumple con las exigencias de la NTSyCS, tal

como se muestra en Figura 34:



Contingencia 6 - F2FT 95% (Ancoa L1)



Unidad con máxima excursión Pehuenche




Unidad con mínima frecuencia Pehuenche

U1 y U2


15,012,09,006,003,000,00 [s]

894,3

719,8

545,3

370,8

196,3

21,83


1 .34 s844.75 MW

2 .19 s677.36 MW

10.64 s545.63 MW

20,016,012,08,004,000,00 [s]

51,50

50,80

50,10

49,40

48,70

48,00






Colbún U1: s:fe


Y=51[Hz]

Y=48,3[Hz]

Y=49[Hz]

1 .55 s 49 .55 p.u.



Date: 7/17/2014

Annex: /2

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8.3.7 Contingencia 7: F2FT Colbún – Ancoa al 50% de línea.

Debido a que la línea aérea de 220kV que une a S/E Colbún con S/E Ancoa es de

poca longitud (180m), se evalúa únicamente una falla bifásica a tierra al 50% de la línea

en vez de considerar los extremos al 5% y 95% como en las anteriores contingencias.

Se analiza el Caso 5, en el cual se despachan ambas unidades de Central Colbún a

250MW cada una, junto con Loma Alta (38MW), Los Hierros I (2x11,5MW) y CH LOS

HIERROS II (6MW). Central Pehuenche se mantiene F/S.


10,08,006,004,002,000,00 [s]

125,0

75,00

25,00

-25,00

-75,00

-125,0






Y =-120,00 deg

Y = 120,00 deg

1 .46 s-49 .68 deg

10,08,006,004,002,000,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650






Y = 0,70 p.u.

Y=0,93pu

Y=1,07pu

Y = 0,80 p.u.

3 .80 s 0 .99 p.u.

10,008,006,004,002,000,00 [s]

170,0

136,0

102,0

68,00

34,00

0,000





Y = 100,00 %

10,08,006,004,002,000,00 [s]

1,100

1,010

0,920

0,830

0,740

0,650

Anc\K1: u (pu)

Y = 0,80 p.u.

Y = 0,96 p.u.

Y = 1,04 p.u.

Y = 0,70 p.u.

2 .73 s 1 .00 p.u.



Date: 7/18/2014

Annex: /1

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Contingencia 7 - F2FT 50% (Colbún - Ancoa)



Unidad con máxima excursión Loma Alta






A partir de Figura 35, Figura 36 y Tabla 38, se observa que el desempeño dinámico

cumple con las exigencias de la normativa vigente ante la pérdida del enlace Colbún –

Ancoa en 220kV, pese al elevado despacho de Central Colbún con el cual se ha modelado

el Escenario. Análogamente, en todos los otros casos estudiados también se cumple con

las exigencias.

10,08,006,004,002,000,00 [s]

-7,922

-32,43

-56,93

-81,44

-105,9

-130,4

Ancoa - Itahue 220 kV L2: P [MW]

1 .20 s-123.90 MW

1 .62 s-117.58 MW

8 .18 s-110.50 MW

10,08,006,004,002,000,00 [s]

51,87

51,09

50,32

49,55

48,78

48,00




Pehuenche U1: s:fe

Pehuenche U2: s:fe

Colbún U1: Speed in p.u. (base: 0,02 p.u.)


Y=51[Hz]

Y=48,3[Hz]

Y=49[Hz]

1 .26 s 48 .37 p.u.



Date: 7/22/2014

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9 CONCLUSIONES

A partir de los estudios realizados, se verifica que la incorporación de CH LOS

HIERROS II al SIC no afecta la calidad de servicio del mismo ni desmejora el desempeño

eléctrico de la Zona de Influencia.

Estudio de flujos de potencia.

o Se analizan problemas de sobrecarga y regulación de tensión en todas las

instalaciones existentes, especialmente en las del entorno de la nueva central

(SS/EE Ancoa, Pehuenche, Canal Melado, Loma Alta y Los Hierros I),

identificando posibles problemáticas tanto en condiciones normales de

operación como frente a contingencias, maximizándose el despacho de

Central Pehuenche a fin de modelar los Escenarios con mayores niveles de

exigencia.

o Se verifica que en términos de transferencias de potencia, la contingencia que

impone mayor exigencia a la zona bajo estudio es la pérdida del segundo

circuito del doble vínculo Pehuenche – Ancoa 220kV cuando Central

Pehuenche se encuentra operando a potencia nominal o cercana a ella.

Para el caso más crítico, esta condición genera que en el escenario post-

contingencia el primer circuito (Tap Loma Alta – Ancoa 220kV L1) opere con

un nivel de carga de hasta ~120% cuando además de Pehuenche (2x275MW),

se encuentran despachadas las centrales Loma Alta (38MW), Los Hierros I

(2x12MW) y Los Hierros II (6MW). En estos casos, el aporte de la CH LOS

HIERROS II resulta mínimo, siendo el mismo inferior al 1%.

En base a la norma IEEE Std. 738-2006: “IEEE Standard for Calculating the

Current-Temperature of bare Overhead Conductors”, se verifica que para el

caso de mayor exigencia, el circuito sano alcanza su temperatura máxima de

operación (80°C) en aproximadamente 18 minutos (la reducción de tiempo

debido a CH LOS HIERROS II resulta de sólo 52s para el caso más crítico),

tiempo suficiente para ejecutar maniobras manuales de reducción de

generación en las máquinas que evacúan su energía por el vínculo Pehuenche

– Ancoa 220kV sin requerirse implementar un EDAG manteniendo la

metodología de operación y control actual del sistema.

o Dada esta condición de mínimo impacto de la nueva central, se considera

adecuado mantener las metodologías de control actualmente realizadas sobre

el sistema al presentarse dichos escenarios.



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o Para todos aquellos casos en los cuales la Central Pehuenche no se encuentra

operando a plena potencia, no se observan problemáticas en la operación

o En términos de tensión en las barras, en todos los Escenarios éstas cumplen

con los rangos admisibles según las respectivas Tensiones de Servicio tanto

para Red N como Red N-1.

Estudio de cortocircuitos.

o Se determina el impacto de las nuevas instalaciones (CH LOS HIERROS II)

sobre las corrientes de cortocircuito en distintos nodos del sistema.

En base a esto, se verifica la suficiente capacidad de ruptura de los

interruptores, en las nuevas instalaciones y en las existentes que se ven

afectadas por éstas.

o El estudio se realiza de acuerdo al procedimiento de la DO del CDEC-SIC

“Términos y condiciones del cálculo de corrientes de cortocircuito para la

verificación del dimensionamiento de interruptores en el SIC.”

o A partir de los cálculos efectuados, se verifica que en términos de corrientes

simétricas, todos los interruptores se encuentran adecuadamente

dimensionados.

o El interruptor que presenta mayor exigencia es el que vincula al transformador

de servicios auxiliares (SS/AA) de Central Los Hierros I con su barra de

generación en 6,6kV.

Ante una evaluación considerando un tiempo de apertura de contactos de

t=40ms según se indica en el procedimiento DO, la corriente asimétrica

sobrepasa en 3kA la capacidad de ruptura de diseño. La superación del límite

indicado es una condición ya existente e independiente de la operación de CH

LOS HIERROS II.

No obstante, dado el nivel de tensión y la información proporcionada por el

fabricante, se estima una operación en t=100ms, condición bajo la cual el

nivel de corriente asimétrica alcanzada se encuentra en el límite admisible.



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Estudio de Estabilidad Transitoria.

Se estudia el comportamiento dinámico de CH LOS HIERROS II ante perturbaciones

causadas por contingencias en instalaciones cercanas a la zona afectada, las cuales han

sido específicamente definidas por el CDEC-SIC. En todos los casos se monitorean:

e. niveles de tensión.

f. transferencia de potencia.

g. factores de amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas.

h. frecuencia y ángulo rotórico de los generadores del sistema.

Lo anteriormente expuesto, permite verificar que el ingreso al SIC de CH LOS

HIERROS II no producirá efectos adversos al sistema, lo cual se constata debido a

que:

No reduce la capacidad de transporte del Sistema.

No produce sobretensiones, sobrecorrientes ni corrientes de cortocircuito

que puedan afectar la vida útil del equipamiento.

No reduce la calidad de servicio del SIC.

Por todo lo anterior, y dentro del alcance de los estudios eléctricos realizados, se

concluye que es técnicamente factible la incorporación al SIC de la CH LOS HIERROS

II, objeto del presente estudio.



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