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Aug 12, 2023

Defectos del cable de producción de energía de Austin Energy

Entre 2022 y 2023, Sand Hill Energy Center encontró dos defectos graves en el cableado, uno de los cuales resultó en una falla de arco. Estas fueron sorpresas y han llevado al equipo a considerar inspecciones y

Entre 2022 y 2023, Sand Hill Energy Center encontró dos defectos graves en el cableado, uno de los cuales resultó en una falla de arco. Fueron sorpresas y llevaron al equipo a considerar inspecciones y pruebas que no se habían considerado anteriormente. Afortunadamente, nadie resultó herido, pero estos fueron dos accidentes de más.

Sand Hill Energy Center es una instalación de producción de energía de Austin Energy en Del Valle, Texas. El centro es una planta de aproximadamente 600 MW, con la mitad de su capacidad en una unidad de ciclo combinado y la otra mitad en seis turbinas de gas LM6000. De estos últimos seis, cuatro formaban parte de la planta original que se remonta al año 2000, mientras que los otros dos se añadieron en 2010.

En agosto de 2022, las operaciones de la planta recibieron un conjunto inesperado de alarmas que indicaban el funcionamiento de los relés de protección. Tras la inspección, un cable de alimentación de 4160 V a un edificio remoto mostraba signos de un fallo de arco. Había indicios significativos dentro del gabinete de que se había producido un evento de arco (Figura 1). La señal más destacada era una pequeña abertura en un cable con cobre parcialmente escoria visible.

1. Asiento de la falla de arco. Cortesía: Austin Energía

Los cables de este alimentador pasan a una boca de inspección y a través de un conducto hasta el edificio remoto. La alcantarilla se encontró llena de agua, por encima del nivel de los conductos. No era costumbre bombear el agua antes de este evento, pero el personal de operaciones bombeó el pozo después del evento. Es de conocimiento común en toda la industria eléctrica que las bocas de acceso, los bancos de ductos y los conductos subterráneos se llenan con frecuencia de agua; Esto normalmente no es un problema.

El relé de protección del alimentador SEL 751 asociado con este alimentador está equipado con fibra óptica para detectar luz en el gabinete. Cuando el relé detecta tanto luz como una condición de sobrecorriente, se considera un evento de arco eléctrico. Luego, el relé actuará para aislar el transformador auxiliar aguas arriba para eliminar esta falla. La ecuación de disparo en el relé contiene términos para detección de luz (TOL) y detección de sobrecorriente de alta velocidad (50PAF).

El examen de los archivos de eventos del relé mostró que hubo una corriente RMS de 325 A con presencia de luz durante un período de tiempo desconocido antes del evento. Esto sugiere que hubo una descarga de menor energía durante un período de tiempo desconocido antes del evento. En algún momento, el daño acumulado de esta descarga permitió un camino conductor para un arco mucho mayor (11.000 A RMS), que fue suficiente para activar la protección del alimentador. Una vez que se alcanzó este estado de disparo, el arco se despejó en dos ciclos de línea o 33,3 milisegundos.

Había suficiente holgura en el cable que quedaba en la boca de acceso para poder quitar aproximadamente tres pies para una nueva terminación. Técnicos del taller de instrumentación, controles y electricidad (ICE) retiraron el segmento dañado pero no lo reinstalaron. El cable permaneció en ese estado durante unas tres semanas mientras el equipo consideraba opciones.

Durante este tiempo de inactividad, el cable continuó exudando una pequeña cantidad de agua alrededor del conductor. Además, se formó una sustancia blanca y calcárea en el cable, que recorrió la mayor parte del camino hasta el suelo (Figura 2). También estaba presente en los otros cables de fase del gabinete incluso antes de este evento. Esta sustancia ha sido identificada por el fabricante del cable como resultado de una reacción hidrolizante del sellador de aceite aplicado a la cubierta del cable.

2. Cable tres semanas después. Cortesía: Austin Energía

Finalmente, la demanda del equipo alimentado por este circuito llegó a un punto en el que fue necesario volver a poner en servicio el alimentador. Los técnicos del ICE tomaron medidas de resistencia de aislamiento de los cables trifásicos mientras estaban aislados del equipo, y nuevamente mientras estaban conectados a los disyuntores aguas abajo. Como no había una línea de base con la que comparar, también probaron el siguiente cubículo de la misma manera, porque tiene una carga y vida útil idénticas. Como las lecturas fueron similares, volvieron a terminar el cable y el equipo volvió a ponerse en servicio sin incidentes. Actualmente, Austin Energy está definiendo cuándo y cómo reemplazar estos cables, así como cómo mantener seca la alcantarilla.

En marzo de 2023, las Unidades 6 y 7 de LM6000 se encontraban en una interrupción de rutina de primavera y se realizaron trabajos de inspección inusuales en las uniones de conductores entre el generador, el disyuntor y el transformador elevador. Con este trabajo de inspección adicional, uno de los técnicos de ICE detectó daños en las cubiertas de los cables del generador por donde ingresaron al gabinete de disyuntores dentro de la casa de disyuntores. Estos cables pasaban a través de accesorios instalados en una placa superior de aluminio. Esta placa no está presente en las cuatro instalaciones originales del LM6000 (Unidades 1 a 4). Los cables pasan a través de los accesorios y luego se doblan inmediatamente para alcanzar las puntas del interruptor, tensionando los cables a medida que pasan sobre los bordes de los accesorios.

3. Daños en el cable encontrados. Cortesía: Austin Energía

Las cubiertas de los cables tenían una decoloración (Figura 3), lo que sugería que los cables habían experimentado previamente una descarga parcial o de corona y requerían reemplazo inmediato (Figura 4). La interrupción de la unidad se extendió dos semanas para adaptarse a esto.

4. Daños en el cable desde abajo. Cortesía: Austin Energía

Había 12 accesorios en la placa superior del gabinete del interruptor, cada uno con cuatro cables. Es decir, cuatro cables por fase, tres fases, un tramo entre el generador y el disyuntor más un tramo del disyuntor al transformador, y esta disposición existe para cada una de las dos unidades. Mirando desde debajo de los accesorios, el daño del cable fue incluso más grave de lo que se pensaba.

La reparación no fue tan sencilla. El primer obstáculo fue conseguir el cable de repuesto, que tenía 750 MCM (miles de mils circulares) y se estimaba en unos 5000 pies de longitud. Austin Energy no tiene a mano cables de este calibre. El único fabricante que respondió a una solicitud de cotización dijo que el plazo de entrega sería de 40 a 44 semanas. Afortunadamente, un distribuidor local tenía este tamaño y cantidad disponibles para entrega inmediata.

El siguiente obstáculo fue que las bandejas de cables para estos cables tenían refuerzos cada pocos pies para mantener los cables espaciados uniformemente a través de la bandeja. Esta disposición se llama bus de cable. En este caso, los tirantes originales eran de madera, pero varios de ellos habían sufrido daños por la exposición a la intemperie con el paso del tiempo. El fabricante de los aparatos ortopédicos todavía estaba en el negocio y podía suministrar unos nuevos hechos de polietileno de alta densidad en un corto plazo de entrega. Después de eso, el departamento de construcción de redes de Austin Energy vino al sitio para cortar, terminar e instalar todo el cable nuevo.

En toda la industria, los cables frecuentemente no se consideran después de su instalación. No tienen partes móviles ni piezas que se desgasten. Llevan corrientes de un lado a otro y simplemente funcionan. A menos que los cables sufran daños mecánicos durante algún tipo de trabajo, generalmente se consideran permanentes.

Este conjunto de experiencias ha demostrado que, como ocurre con todo, el tiempo tiende a desgastar incluso algo tan simple como un cable. Austin Energy ahora está planificando inspecciones y pruebas para los cables de mayor potencia y estará atenta a futuros defectos.

—Matt Kuffler, PEes el ingeniero de planta de Sand Hill Energy Center con Austin Energy.

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