Detección de apertura de una fase en los sistemas de alimentación exterior de una central nuclear

Abstract

Este proyecto ha abordado la detección de apertura de una fase en los sistemas de alimentación exterior de una central nuclear con una configuración muy común. En la configuración estudiada, el generador está conectado a la red a 400 kV a través del transformador principal. La red a 400 kV es la red de transporte a la cual la central vierte su producción. Se considera que existe interruptor de generación, que permite aislar el generador del resto del sistema eléctrico de la central, permitiendo que, en caso de parada del grupo, el sistema eléctrico de la central quede alimentado desde la red a 400 kV a través del transformador principal y del transformador auxiliar. El sistema eléctrico de la central también puede estar alimentado de una red a 132 kV a través del transformador de arranque. El EPRI ha propuesto un método de detección basado en la aplicación de una tensión en el neutro del transformador y en el análisis armónico de la corriente de neutro en condiciones normales y en condiciones de falta. En condiciones normales, la corriente de neutro contiene 3º armónico y no contiene 5º armónico. Por el contrario, en condiciones de fase abierta, la corriente de neutro no contiene 3º armónico y contiene 5º armónico. El objetivo de este proyecto fin de grado es la concepción de un sistema de detección de la pérdida de una fase en los sistemas de alimentación exterior de una central nuclear, con una configuración muy común, a partir del sistema concebido por el EPRI. En lugar de aplicar una tensión en el neutro, este proyecto plantea simplemente analizar el contenido en armónicos de la corriente de neutro. Se considera que en la citada configuración hay dos sistemas de alimentación exterior. Cuando se utiliza uno de ellos, el otro se encuentra en vacío. Se ha abordado el problema utilizando: 1. Análisis por componentes simétricas de la pérdida de una fase. 2. Simulación detallada de la pérdida de una fase utilizando el programa ATP. El análisis por componentes simétricas ha mostrado que la corriente de neutro en caso de falta serie es 3 veces la corriente de vacío del transformador. La simulación por el programa ATP ha confirmado que en condiciones normales, la corriente de neutro contiene 3º armónico y no contiene 5º armónico. Por el contrario, en condiciones de fase abierta, la corriente de neutro no contiene 3º armónico y contiene 5º armónico. Se ha comprobado que el esquema es aplicable a los dos sistemas de alimentación exterior de la central nuclear de configuración típica considerada.This final degree project has addressed the development of a system to detect an openphase fault in the external power system of a nuclear power plant which power system exhibits a common configuration. In case of such configuration, the generator is connected through the main transformer to a 400 kV network, which is the transmission network that receives the power plant production. The plant has a generator circuit breaker which isolates the generator from the plant electric power system. In case that the generator is disconnected from the network, the plant electric power system remains fed by the 400 kV network through the main transformer and the station auxiliary transformer. The plant electric power systems may also be fed by a 132 kV network through the start-up transformer. EPRI has suggested a method based on injecting a voltage at the neutral of the transformer and analyzing the harmonic content of the neutral current. In normal conditions, the neutral current contains 3rd harmonic component and does not contain 5th harmonic component. In fault conditions (open phase fault), the neutral current does not contain 3rd harmonic component and contains 5th harmonic component. The aim of the final year project is to conceive a system to detect a one open phase fault in the electrical supply systems of a nuclear power plant which power system exhibits a common configuration based on the EPRI idea. Instead on injecting a neutral voltage, this final year project proposed to analyze merely the harmonic content of the neutral current. We have considered a nuclear power plant which power system exhibits a common configuration supplied by two external power systems. Moreover, one system is under no load when the other is loaded. In order to reach the project goals, the project has undertaken two studies: 1. A fundamental study: analysis of the open-phase fault in the steady state by symmetrical components. 2. A simulation study: detailed simulation of the open-phase fault using the ATP program. The symmetrical components analysis of an open-phase fault in the external power system has revealed that the neutral current in case of open phase faults is 3 times the transformer no load current. ATP simulation has confirmed that in normal conditions, the neutral current contains 3rd harmonic component and does not contain 5th harmonic component whereas in fault conditions (open phase fault), the neutral current does not contain 3rd harmonic component and contains 5th harmonic component. The project has also proved that the proposed approach is applicable to both power supply systems of nuclear power plant under consideration.