Subestación eléctrica de 400 kV como alimentación a estación conversora HVDC

Abstract

Este proyecto consiste en el diseño y construcción de una subestación de 400kV como alimentación a una estación conversora HVDC que se supondrá de tecnología LCC (rectificador de doce pulsos), para posibilitar un enlace submarino en corriente continua entre el Golfo de Vizcaya y la región francesa de Aquitania, con una capacidad de 2x1000MW. La subestación estará ubicada en el municipio vizcaíno de Bermeo, cercana al puerto marítimo, ocupando una superficie de 30,000 m2, aunque se dejarán libres otros 40,000 m2 para la futura construcción de la estación conversora. Las condiciones ambientales y el entorno rural en el que se encuentra el terreno favorecen la instalación de una subestación de tipo intemperie, aislada en aire, permitiendo el ahorro de costes respecto a una subestación tipo GIS. Al formar parte de la interconexión internacional entre dos países, la relevancia de la subestación objeto del presente proyecto es notable. De esta manera, es imprescindible atender a conceptos como fiabilidad, flexibilidad de funcionamiento, seguridad y capacidad de ampliación a la hora de elegir la configuración del embarrado. Tras el pertinente análisis se ha elegido una configuración de interruptor y medio pues respecto al resto de posibilidades es superior en los conceptos citados. La subestación dispondrá de tres calles, una de ellas reservada para una futura ampliación. En la primera calle se tendrán dos posiciones de transformador, mientras que la segunda calle estará ocupada por dos posiciones de línea.La capacidad de intercambio del enlace será de 2x1000 MW, como ya se ha mencionado. Así, la capacidad de transformación de la subestación será ligeramente superior, 2100 MW concretamente. Esta capacidad de transformación será asumida por los dos bancos de transformadores (1050 MW cada uno) de la subestación. Los transformadores constituirán la parte fundamental de la subestación. Serán el enlace entre la aparamenta de corriente alterna y la estación conversora. Su función principal será convertir la tensión nominal de la subestación a la tensión del enlace de corriente continua. Los transformadores de la subestación serán monofásicos de 350 MVA cada uno. Cada trasformador dispondrá de tres devanados, con dos secundarios desfasados 30° eléctricos, uno en estrella y el otro en triángulo. La elección de unidades monofásicas en lugar de trifásicas se justifica debido a menores inconvenientes en cuanto al transporte y disponibilidad, ya que se puede contar con unidades de reserva que en caso de avería pueden entrar en funcionamiento inmediatamente. Se instalarán un total de siete transformadores, seis de ellos compondrán los bancos de transformación trifásicos y el restante será una reserva fría. Cada transformador estará equipado con cambiador de tomas en carga, para adecuar el nivel de tensión de alimentación del convertidor al nivel de carga en cada momento. La importancia de los transformadores también se refleja en el presupuesto estimado, resultando su coste un 76% del total de la subestación, que es de casi 40 M€. En el siguiente gráfico se muestra el presupuesto fraccionado en distintos ámbitos, quedando patente la imponente presencia de los transformadores. Además de los transformadores, se ha elegido toda la aparamenta de la subestación, de la que forman parte: - Doce interruptores trifásicos de potencia. - Cuatro juegos trifásicos de seccionadores pantógrafo. - Ocho juegos trifásicos de seccionadores de columnas giratorias. - Cuatro juegos trifásicos de seccionadores de columnas giratorias con puesta a tierra. - Veinticuatro transformadores de intensidad. - Catorce transformadores de tensión capacitivos. - Seis transformadores de tensión inductivos. - Doce autoválvulas. Entre los proveedores seleccionados se encuentran empresas como Siemens o Arteche. En materia de seguridad, se han realizado los cálculos justificativos de los niveles de aislamiento, distancias entre equipos y la instalación de tierra de la subestación. Es objeto de este proyecto definir la obra civil, previendo el vallado de la subestación, los accesos, el movimiento de tierras para su instalación, las cimentaciones de las estructuras, los canales de conductores y el sistema de drenaje para la evacuación de aguas. Asimismo, se ha diseñado el sistema de protecciones de la subestación, el sistema de control, de telecomunicación y los servicios auxiliares. Estos sistemas se albergarán en los distintos edificios de la subestación, que son el Edificio de Control y la caseta de relés. Por último, se han elaborado los planos necesarios para la construcción de la subestación.

The goal of this Project is the design and construction of a 400 kV electrical substation for feeding an HVDC converter station whose converter technology will be assumed as LCC (twelve pulse rectifier). The substation and converter station will allow an electrical submarine interconnection between Golfo de Vizcaya and the French region named Aquitania. The power trade will be 2x1000 MW. The substation will be located in Bermeo, a town which belongs to the province of Vizcaya, and it will be built nearby the seaport. The parcel has an area of 30,000 m2, despite there will be 40,000 m2 more dedicated to the converter station construction. The environmental conditions and the fact that the location chosen is in a rural area enables the installation of an outdoor air-insulated substation which means costs savings compared to gas-insulated substations. It is remarkable the substation importance as it belongs to the international interconnection between the two countries. So it is vital taking into account reliability, working flexibility, security and development capacity when choosing the bus-bar arrangement. After a conscious analysis one and a half breaker scheme is the layout chosen as offers better possibilities regarding the mentioned characteristics. There will be three bays in the substation, one of them reserved for future extensions. The first bay will be used by the transformers while the second bay will feed the transmission lines. The power capacity exchange of the interconnection will be 2x1000 MW, as mentioned before. This means that the transformation capacity will be slightly higher, 2100 MW to be specific. This power transformation capacity will be hold by the two transformers (1050 MW each) of the substation. The transformers are the essential components of the substation. There will be the link between the AC switchgear and the converter station. The main function of the transformers is to transform de substation rated voltage into the direct current interconnection. The substation transformers will be one single phase and their rated power will be 350 MW. Each transformer will have three windings. The two valve side windings will be connected in star and delta respectively with a 30 degree phase shift. Choosing single phase units instead of three phase ones means better conditions on transportation and availability, as the substation can have reserve machines to substitute immediately a damaged one. There will be installed seven transformers, six of them will be part of the two transformation positions and the leftover will be used as a cold reserve. Each transformer will own a tap changer voltage regulator in order to supply the necessary voltage level to the converters. The importance of the transformers is also shown on the estimated budget, as their costs symbolizes the 76% of the total amount, which is almost 40 M€. The following graph displays the budget divided into different expenses. It can be appreciated how the transformers represent the vast majority of the budget Besides transformers, it has been chosen every electrical equipment needed such as: - Twelve three phase circuit breakers. - Four three phase pantograph disconnectors. - Eight three phase double side break disconnectors. - Four three phase double side break disconnectors with earthing switch. - Twenty-four current transformers. - Fourteen capacitive voltage transformers. - Six inductive voltage transformers. - Twelve surge arresters. Companies such as Siemens and Arteche have been selected as suppliers. As a matter of security, basic insulation levels, minimum distances between equipment and substation grounding have been justified by proper calculations. Construction works are part of the project scope, having to foresee the substation fence, entry, earthmoving, switchgear foundations, conductor ways and drain. What´s more, the protection, control, telecommunication and auxiliary services systems have been designed. They will be carried out on the substation buildings, which are the Control Building and the relays house. At least, necessary planes for the construction have been made.