Diseño de la subestación transformadora 220/20 kV 2x60 MVA localizada en Castalla

Abstract

En los últimos años la subcomarca de Hoya de Castalla ha sufrido una fuerte industrialización, así como un gran crecimiento urbanístico propiciado por una mejora en la red de comunicaciones. Actualmente, el único punto de suministro de la región es la subestación de Ibi, de relación de transformación 132/20 kV. Esto genera un déficit de abastecimiento eléctrico y una gran saturación de las líneas existentes. La alternativa más óptima, así como el objetivo de este proyecto, es el diseño de la subestación transformadora de relación 220/20 kV y 120 MVA de potencia de transformación, situada en Castalla. Dicha subestación se conecta directamente a la red de 220 kV Benejama-Novelda. De esta forma, se obtiene un punto de suministro independiente de la subestación de Ibi, dotando al sistema de una mayor fiabilidad ante una posible contingencia. La subestación utiliza la tecnología GIS dado que, al tratarse de soluciones totalmente ensambladas y probadas en fábrica, el tiempo de entrega es mínimo. Además, este tipo de tecnología aporta una mayor confiabilidad, seguridad y vida útil, así como una reducción casi total del mantenimiento, en comparación con el resto de tecnologías existentes. Los parámetros de diseño de la subestación son la tensión más elevada para el material, el nivel de aislamiento, que engloba las diferentes sobretensiones que debe soportar la aparamenta y la intensidad de cortocircuito, determinada por las líneas de entrada a la subestación. Los criterios adoptados para la selección de la aparamenta se basan en un balance entre confiabilidad, seguridad e innovación tecnológica y la minimización de los costes de inversión y mantenimiento. Para el parque de 220 kV, la configuración seleccionada es de doble barra con acoplamiento transversal y las celdas escogidas son del fabricante Siemens. Dispone en total de nueve (9) posiciones:  Cuatro (4) posiciones de línea  Dos (2) posiciones de transformador  Una (1) posición para el acoplamiento transversal  Una (1) posición para la medida  Una (1) posición de reserva Para el parque de 20 kV se ha escogido una configuración doble barra con acoplamientos transversal y longitudinal. Las celdas de media tensión escogidas son del fabricante ABB. En total hay treinta (30) posiciones de 20 kV:  Catorce (14) posiciones de línea  Cuatro (4) posiciones de transformador  Dos (2) posiciones de acoplamiento transversal  Dos (2) posiciones de acoplamiento longitudinal  Dos (2) posiciones de medida de tensión  Dos (2) posiciones de servicios auxiliares  Cuatro (4) posiciones de reserva Con respecto al transformador, ningún fabricante disponía de un transformador con las características requeridas: 220/20 kV de relación de transformación y 60 MVA de potencia de transformación. La alternativa adoptada ha sido solicitar los transformadores por encargo al fabricante Pauwels, para obtener los requerimientos anteriores. Se instalan dos transformadores de potencia, de refrigeración ODAF, reservándose el espacio necesario para la instalación de un tercer transformador. Se seleccionan los servicios auxiliares de la instalación. Están alimentados por dos transformadores trifásicos de tipo seco. Son de tipo interior e irán alojados en una sala independiente, con acceso desde la sala de servicios auxiliares. En la sala de servicios auxiliares están ubicados los cuadros de corriente alterna y corriente continua, las baterías con sus respectivos conjuntos cargador-rectificador y las unidades de control y comunicación. Con respecto al diseño de la red de tierras, el objetivo principal de la puesta a tierra es garantizar la seguridad de las personas, así como reforzar la protección de los equipos de la instalación. Los electrodos de puesta a tierra consisten principalmente en un conductor enterrado dispuesto en forma de mallado metálico junto con picas distribuidas uniformemente a lo largo del perímetro de la red de tierras. A partir de la selección de las celdas de alta y media tensión, los transformadores de potencia y los servicios auxiliares, se han escogido los cables y terminales más adecuados para su conexión. Todos estos elementos son del fabricante General Cable. En relación al sistema de protecciones, se diseñan tanto para el parque de media tensión, como para la parte de alta tensión, en la que se dividen en protecciones de transformadores de potencia, de líneas de transporte y de barras. En la parte final de la memoria se detallan los sistemas de protección contra incendios, anti-intrusismo, así como la descripción del sistema de alumbrado. En el capítulo de cálculos se determinan las intensidades tanto nominales como de cortocircuito para poder seleccionar los conductores más apropiados. Además, se detalla paso a paso el cálculo de la red de tierras y de las baterías. En el capítulo de planos se incluyen los planos de situación y emplazamiento, para permitir el correcto acceso a la instalación, la planta y el alzado de la subestación, la red de tierras y los esquemas unifilares de los parques de alta y media tensión. Se detalla también un pliego de condiciones que incluye los requisitos, condiciones técnicas y normativa a los que debe acogerse la ejecución de la obra. Finalmente, en el último apartado de este proyecto es el presupuesto total de ejecución de obra, formado a partir del presupuesto de ejecución material y el presupuesto de contrata.

During the last years, the subregion of Hoya de Castalla has suffered a big industrialization and a large urban growth led by an improvement in the communications network. Currently, the only point of supply in the region is the substation of Ibi, with a transformation ratio 132/20 kV. This creates a shortage of electricity supply and high saturation of existing lines. The best alternative, and the purpose of this project is the design of the transformer substation with a transformation ratio 220/20 kV and 120 MVA transformation power, located in Castalla. The new substation will be directly connected to the 220 kV network Benejama- Novelda. Thus, an independent point of supply, appart from substation Ibi is obtained, providing the system with greater reliability for a possible contingency. The substation will use GIS technology since, being fully assembled and factory-tested solutions, delivery time is minimal. In addition, this technology provides greater reliability, security and life as well as an almost complete reduction of maintenance in comparison with other existing technologies. The design parameters of the substation are the highest voltage for the material, the isolation level, which includes the different overvoltages the switchgear must support and short-circuit current, determined by the input lines to the substation. The criteria adopted for the selection of switchgear are based on a balance between reliability, security and technological innovation and minimizing investment costs and maintenance. For 220 kV, the selected configuration is double busbar and the manufacturer of the cells chosen is Siemens. It has a total of nine (9) positions:  Four (4) busbar line connection  Two (2) busbar transformer connection  One (1) busbar transversal bar coupling connection  One (1) busbar measuring connection  One (1) busbar reserve connection For 20 kV switchgear it has been chosen a double busbar configuration with longitudinal and transversal coupling connection. The manufacturer of the medium voltage cells chosen is ABB. The 20 kV positions are as follows:  Fourteen (14) busbar line connection  Four (4) busbar transformer connection  Two (2) busbar transversal bar coupling connection  Two (2) busbar longitudinal bar coupling connection  Two (2) voltage measure connection  Two (2) busbar auxiliary services connection  Four (4) busbar reserve connection Regarding the transformer, no manufacturer offered a transformer with the required characteristics: 220/20 kV transformation ratio and 60 MVA transformation power. The alternative carried out was to request custom transformers to the manufacturer Pauwels, for the above requirements. Two power transformers with an ODAF cooling system are installed, reserving the necessary space for the installation of a third transformer. Auxiliary services of the installation are selected. They are powered by two three- phase dry-type transformers. They are indoor type and will be housed in a separate room with access from the auxiliary services room. In the auxiliary services room are located alternating current and direct current boxes, batteries with their respective sets charger-rectifier and control and communication units. With regard to the design of the ground grid, the main purpose is to ensure the safety of people and strengthen protection for all the equipments of the installation. Grounding electrodes consist mainly of a buried conductor with metal spikes uniformly distributed along the perimeter of the ground grid. From the selection of the cells of high and medium voltage, the power transformers and ancillary system, the most suitable cables and terminals for connections have been chosen. All these elements are manufactured by General Cable. Regarding the protection system, it will be divided into medium voltage and high voltage protections. High voltage protections will be also divided into transformer protections, transmission line protections and busbar protections. In the final part of the memory fire protection system, anti-intruders system, as well as the description of the lighting system are detailed. In the calculations chapter, both rated currents and short-circuit currents are determined in order to select the most appropiate conductors. In addition to this, step by step calculating of the ground grid and batteries is specified. In the chapter of plans, situation and location plans are included to allow proper access to the installation. High voltage and medium voltage single-line plans, ground and elevation plans and ground grid plan are also included. A specification that includes requirements, technical conditions and applicable regulations is also detailed. Finally, the last section of this project is the total budget, formed from the material execution budget and contract budget.