Planta de grupos electrógenos para alimentación de tuneladora

DSF Tecnologías ha desarrollado, a petición del Grupo Casli, la automatización y el sistema de protección eléctrica de una planta de grupos electrógenos para la alimentación de una tuneladora situada en el tramo del AVE a Galicia de Campobecerros (Orense).

La planta, de 10 MW, consta de 10 grupos electrógenos para la alimentación de una tuneladora modelo TBM2 de 9,5 m de diámetro de Herrenknecht, que trabaja en la construcción del tramo del AVE a Galicia Campobecerros (Orense). El Grupo Casli, firma especializada en la comercialización y distribución de maquinaria de alta tecnología, suministra esta planta en régimen de alquiler a la UTE encargada de esta parte del proyecto del AVE.

DSF Tecnologías ha desarrollado los sistemas de control, protección y automatización de la planta. También ha realizado los estudios del sistema de tierras eléctricas de BT y MT, así como el estudio de corrientes de cortocircuito y selectividad de protecciones eléctricas, y la integración de todos los elementos de la planta en el sistema de automatización.

Buscando la mayor eficiencia en el uso de combustible, el sistema de automatización de la planta incluye un proceso informático, denominado ECOGen, que permite gestionar el arranque y parada de los grupos electrógenos en función de su rendimiento por litro de combustible consumido.

La instalación eléctrica de baja y media tensión ha sido realizada por la empresa Revimón.

La planta consta de 10 grupos electrógenos, con potencias entre 800 y 2.000 kW, que generan en 400 VAC. Como el cliente requiere una generación en 20 kV, se han empleado 4 transformadores elevadores de 0,4/20 kV, conectados en paralelo, para la alimentación a los centros de reparto y para el suministro eléctrico a la tuneladora y a sus sistemas afines: silos, cinta transportadora, iluminación, etc.

Como la tuneladora presenta distintos consumos eléctricos según las diferentes fases de trabajo, se ha dotado a la planta de un sistema de automatización para la monitorización de los grupos electrógenos y de los transformadores elevadores, así como para la gestión del arranque y parada de los grupos electrógenos en función de su rendimiento por litro de gasoil, con el fin de minimizar el consumo de combustible. Este sistema está basado en un PLC de la marca Wago y de un sistema Scada basado en la plataforma Argos 2.0, desarrollada por DSF Tecnologías.

La comunicación entre los equipos de control de los grupos electrógenos y el sistema de automatización está basado en una red de comunicación MODBus TCP.

Para la alimentación de gasoil a los grupos electrógenos se han instalado 2 depósitos de 15.000 l, como depósitos nodriza, y 3 depósitos de 5.000 l para la alimentación a los depósitos de diario de los grupos electrógenos. Todos los depósitos incorporan bombas eléctricas de trasiego, de manera que se pueda transferir gasoil de un depósito a otro con rapidez y facilidad.

Panorámica de la obra.

Por último, para que la planta de grupos electrógenos actúe correctamente en caso de que se produzca una falta eléctrica, se ha diseñado un sistema de protección compuesto por un sistema de tierras eléctricas, un sistema de protección contra defectos a tierra y un estudio de selectividad de protecciones basado en una simulación informática de la planta de grupos electrógenos.

Los grupos electrógenos, fabricados por SDMO y MTU y suministrados en régimen de alquiler por el Grupo Casli, incorporan motores MTU de potencias entre 800 y 2.000 kW a 1.500 rpm, con sistema de control MDEC y ADEC y alternadores Leroy Somer con regulación R449. Como elemento de corte, incorporan interruptores magnetotérmicos motorizados, e incluyen cargadores automáticos de baterías y sistemas de caldeo del agua de refrigeración para poder arrancar el motor en condiciones de temperatura inferiores a +5 °C.

Para evitar daños al generador en caso de faltas a tierra en la parte de baja tensión, el neutro de cada generador se ha conectado a tierra a través de una resistencia limitadora de intensidad, de manera que, en caso de falta a tierra, la intensidad circulante no supere los 10 A, evitando así daños irreversibles al laminado del estátor de los generadores.

Para realizar la detección de intensidad en caso de falta a tierra, se ha instalado en cada línea de neutro de los generadores un transformador de intensidad de relación 50/1 y precisión 10P10 de Ritz, conectado a un relé de intensidad homopolar XI1-E1 de Woodward-SEG. El contacto de disparo de este relé se ha conectado a una entrada digital del módulo de control de grupo electrógeno, para poder realizar una parada de emergencia del grupo afectado por la falta.

Para realizar el disparo de las celdas de los transformadores elevadores de los grupos electrógenos, se ha instalado en la salida hacia el centro de reparto un relé de protección homopolar. Como el lado de MT se explota en régimen de neutro aislado, se han instalado unos transformadores de intensidad de relación 50/1 y precisión 10P10 de Ritz en las trenzas de tierra de los cables de MT, por lo que en caso de falta a tierra se detectará el paso de la intensidad de falta a través de las trenzas de tierra.

Los transformadores de intensidad están conectados a un relé de protección de intensidad MCA4 de Woodward-SEG, cuyos contactos de disparo están cableados a las bobinas de disparo de las celdas de los contenedores de los transformadores, de manera que, en caso de falta a tierra en el lado de MT, se disparen las celdas para aislar la falta.

Para realizar la distribución en 20 kV requerida por el cliente final, se han suministrado 4 transformadores elevadores instalados por parejas en contenedores ISO de 20’. Cada contenedor incorpora 2 transformadores elevadores secos, de 0,4/20 kV de ABB con grupo de conexión Yyn, conectados a un embarrado común a través de 2 celdas interruptor de ABB. La salida de este embarrado común se realiza a través de 2 celdas de seccionamiento en carga de ABB.

La protección de las celdas interruptor se efectúa mediante 2 relés VAMP 140 con funciones de protección ANSI 50/51, mientras que la protección del lado de BT se realiza mediante seccionadores sin carga.

Grupos electrógenos.

Cada contenedor lleva un sistema de control de la ventilación forzada, mediante ventiladores trifásicos controlados por un relé de temperatura comandado por termostatos.

Así mismo, para garantizar el funcionamiento de los relés de protección, se incluye un juego de baterías a 48 VDC, provistas de un cargador de baterías, de manera que el sistema funcione en ausencia de la alimentación exterior de cada contenedor.

Dentro de la planta de grupos electrógenos existen 3 redes de comunicaciones bien diferenciadas:

• Red CANBus de bajo nivel. Cada módulo de control de grupo electrógeno está conectado a la ECU del motor mediante una conexión CANBus para la adquisición de los parámetros del motor más relevantes: presión de aceite, temperatura de agua, consumo de combustible instantáneo, velocidad, alarmas y fallos del motor.

• Red CANBus de alto nivel. Para realizar las operaciones de reparto de carga activa y reactiva, todos los módulos de control de grupo electrógeno están conectados entre sí mediante una conexión de CANBus, de manera que cada uno de los módulos de control puede intercambiar información con los demás acerca de su estado (manual, automático, alarma, fallo, etc.) además de facilitar la potencia activa y reactiva generada en tiempo real para conseguir un reparto de carga activa y reactiva preciso y estable.

• Red MODBus TCP. Para que el sistema de control del PLC y el SCADA obtengan información sobre el estado de los grupos electrógenos, sus medidas eléctricas y mecánicas, la posición de su interruptor, etc., se ha instalado una red de comunicación MODBus TCP entre los módulos de control de grupo electrógeno y el PLC de control. Esta red está formada por 3 switches EDS-208A de MOXA, a la cual se conectan los 10 módulos de control de grupo electrógeno, el PLC de control y el PC del sistema SCADA. Los 2 switches que están instalados en campo son de rango extendido de temperatura, para poder garantizar las comunicaciones en condiciones de baja temperatura.

Se ha instalado un PLC de control de la serie 750 de WAGO, al cual se conectan los módulos de control de los grupos electrógenos a través de la red de MODBus TCP. Con ello se realiza el control de la planta, en cuanto al arranque y parada de los grupos electrógenos en función de la demanda de potencia de la tuneladora.

A este PLC, y también mediante la red de MODbus TCP, se ha conectado una cabecera de periferia descentralizada de la serie 750 de WAGO, localizada en la cabina de la tuneladora. A través de ella el PLC de control recibirá los estados de la tuneladora para poder realizar la gestión de los grupos electrógenos en tiempo real.

Como la planta de grupos electrógenos puede llegar a tener un consumo de gasoil superior a los 2.000 l/h, el cliente ha requerido una rutina para la optimización del consumo de gasoil. Esta rutina, denominada ECOGen y desarrollada íntegramente por DSF Tecnologías, tiene en cuenta los siguientes parámetros a la hora de escoger el grupo electrógeno que ha de arrancar o parar:

• Estado de los grupos: manual, automático, fallo, etc.

• Potencia activa kW actual demandada por la tuneladora.

• Potencia activa kW a demandar por la tuneladora en el nuevo estado.

• Potencia activa kW a generar por el grupo electrógeno a arrancar.

• Potencia activa kW a generar por los grupos después de parar el grupo electrógeno seleccionado.

• Potencia generada en cada transformador elevador.

• Nº de horas de trabajo de los grupos electrógenos.

• Consumo en l/h de los grupos electrógenos con la nueva demanda de potencia.

Con todos estos parámetros y estados se genera una “cola adaptativa” de arranque y parada de los grupos electrógenos, cuyo orden de actuación va cambiando en tiempo real, de manera que se pueda minimizar el consumo de gasoil durante el funcionamiento de la tuneladora en sus distintos modos: excavación, anillado, mantenimiento, parada forzada.

Asimismo, se tiene en cuenta el consumo de las distintas cargas conectadas a la planta de grupos electrógenos: silos, cinta transportadora, iluminación, etc., que son imprescindibles para que la tuneladora pueda realizar su trabajo.

Sistema SCADA

Para llevar a cabo las tareas de operación y mantenimiento de la planta de grupos electrógenos, se ha suministrado un PC de sobremesa equipado con un software SCADA basado en la plataforma Argos 2.0, desarrollada por DSF Tecnologías sobre una plataforma IWS 7 de Indusoft.

A través del sistema Argos y mediante la red MODBus TCP, el operador de la planta puede ver en todo momento el estado de cada grupo electrógeno, sus parámetros eléctricos y mecánicos y las alarmas y fallos del motor y el alternador.

La plataforma Argos 2.0 dispone de un registrador de datos en tiempo real que facilita la representación gráfica de los datos registrados mediante curvas de tendencias. Además, incorpora la opción de exportación de los ficheros históricos de tendencias, eventos, fallos y alarmas en formato.txt y.csv para su registro, tratamiento y análisis posterior por el personal de operación y mantenimiento de la planta de grupos electrógenos.

Además del diagrama unifilar de la planta, se ha diseñado una pantalla de disposición física de los grupos electrógenos para una fácil identificación de los mismos, cuyos iconos cambian de color en función del estado del grupo electrógeno. Así mismo, sobre el icono de cada grupo electrógeno se representan también las potencias activas y reactivas generadas.