Diseño de la subestación blindada Teguise 66 KV/20 KV

Abstract

Este proyecto tiene como objetivo el diseño integral de una subestación tipo GIS de niveles de tensión 66/20 kV y 75 MVA de potencia aparente, que formará parte de la red de transporte de 66 kV de la isla de Lanzarote, en las islas Canarias. El proyecto pretende dar solución a un problema real como es el refuerzo del mallado de la red eléctrica de Lanzarote, que es muy distinta a las que existen en la Península. Mientras que la red de la Península está fuertemente mallada, el sistema eléctrico insular es mayoritariamente radial. Ello afecta en gran medida al suministro, puesto que si una línea deja de estar operativa debido a una falta (lo cual es un hecho relativamente frecuente) o por influencias atmosféricas, las industrias y los domicilios quedan sin abastecimiento eléctrico. La implantación de esta subestación supone un refuerzo en el mallado de la isla de Lanzarote y, consecuentemente, un aumento en la fiabilidad del sistema. En cuanto al sistema eléctrico de la isla, la mayor tensión de la red es de 66 kV y está gestionada por Endesa. Actualmente Lanzarote cuenta con cinco subestaciones, de las cuales dos son de interconexión con las islas de Fuerteventura y La Graciosa. Este dato invita a pensar que la implantación de una subestación adicional sería una medida muy positiva para los habitantes de la isla. Se considera que el lugar más adecuado para la construcción de la nueva subestación es el pueblo de Teguise (también conocido como Villa de Teguise). Éste emplazamiento permitiría abastecer mediante líneas de 20 kV la zona nororiental de la isla. El recorrido de las nuevas líneas de media tensión implicará alcanzar los referidos objetivos de fiabilidad. En cuanto al contenido, se trata de un proyecto de ingeniería eléctrica clásico al que se ha proporcionado un enfoque innovador en varios elementos, inédito de acuerdo con el estado del arte, de tal modo que el resultado final se vea enriquecido y resulte de interés académico y técnico. Partiendo de los datos de potencia y corriente proporcionados por Endesa, y buscando un compromiso entre fiabilidad e inversión, se ha decidido emplear una tipología de doble barra para 66 kV, al igual que para 20 kV, embarrado al cual se le han añadido acoplamientos longitudinales y transversales. La elección de equipos se ha hecho de acuerdo a los requerimientos establecidos, buscando siempre el ahorro en la compra de los mismos. El diseño comprende todos los sistemas de embarrados, transformación y servicios auxiliares. Todos ellos se encuentran representados adecuadamente en los planos que se han incluido en el proyecto. Se ha incluido un pliego de condiciones que detalla todos los requisitos de ejecución de obra civil, trabajos eléctricos y demás cometidos para la construcción de la subestación. El proyecto también tiene un presupuesto detallado con la relación gastos precisados. Los puntos más innovadores en el contenido y en la manera que se ha afrontado el proyecto son el transformador principal de potencia y las simulaciones de sobretensiones en dicho transformador que se originan por la caída de un rayo. El transformador supone una novedad desde el punto de vista tecnológico. Es de aislamiento seco y encapsulado en vacío. La desaparición del dieléctrico de aceite supone un avance en cuanto a seguridad, lo que implicará que de aquí a los próximos años ganen popularidad y se implanten en un mayor número de instalaciones. La inclusión de este tipo de transformador en un proyecto de este tipo puede suponer un cambio en la forma de diseñar las subestaciones de alta tensión inferiores a 132 kV. El segundo punto novedoso es la simulación de sobretensiones originadas por la caída de un rayo. La compra de una autoválvula para la protección de un transformador es un gasto crítico que debe ser estudiado al detalle. Después de haber calculado la autoválvula a instalar, se ha decidido simular la caída de un rayo para comprobar la eficacia del diseño y poder asegurar la integridad del transformador. Estas simulaciones han analizado distintos casos de estudio, tras las cuales se han obtenido una serie de conclusiones. El diseño de la subestación ha tenido siempre presente que el espacio a ocupar debe ser el mínimo, algo beneficioso desde el punto de vista económico (por el precio del terreno) y desde el punto de vista del impacto ambiental que la instalación puede originar.

The main goal of this project is the complete design of a GIS substation with rated voltage levels 66/20 kV and 75 MVA of apparent power, which will partake in the 66 kV transportation system of in the island of Lanzarote, in the Canary Islands. The project claims to solve a real problem: the reinforcement of Lanzarote´s grid, which is very different to the one in the Peninsula. The electrical power system in the islands is mainly radial, whereas in the Peninsula is meshed, implying a higher reliability of the system. The typology present in the island affects directly the supply; if there is a fault (something that is actually pretty frequent) or any kind of atmospheric influence, industries and homes would not get any supply. The establishment of this substation represents a reinforcement for the grid and, therefore, increases the quality and reliability of the grid in Lanzarote. Concerning the electrical power system of the island, the highest rated voltage is 66 kV and the management is carried by Endesa. Currently, Lanzarote has five substations, two of which are interconnection ones with Fuerteventura and La Graciosa. This information may be helpful to consider that the implementation of the substation would be a very positive measure for the inhabitants of the island. The place that is considered the best for building the substation is the village of Teguise (also known as Villa de Teguise). This location would allow to supply, with lines of 20 kV, the north-western part of island. The tour of the medium-voltage lines will allow to reach the goals of reliability mentioned before. Regarding the content, this work starts as a classic-electrical engineering project which has dealt with some aspects from an innovative point of view. According to this procedure, the final result is enriched and provides interest, both technical and academic. Starting with the data about power and current, given by Endesa, and searching a compromise between reliability and investment, it has been decided that the typology is a double-busbar for 66 kV, as well as with 20 kV. The medium voltage busbar includes transverse and longitudinal couplings. The equipment has been chosen according to the requirements, looking always for the savings. The design involves the busbar systems, transformation system and ancillary services. All of them are adequately represented in the drawings attached. The “Technical Specifications” document details all the requisites for the civil engineering works, electrical installations and further tasks for the construction of the substation, whose expenses are detailed in the budget chapter. The most innovative points in both the content and the way the project has been approached, are the main power transformer and the lightning overvoltage simulations carried out with models. The power transformer is a novelty from the technical point of view. The dry isolation and vacuum capsule avoids the use of oil dielectric, improving the safety of the substation. This kind of equipment will gain presence in the high voltage installations up to 132 kV during the following years. The second novel point is the simulation approach. The surge arrester is a very important piece of equipment in a substation, and involves a rather wide investment, therefore, it represents an element that has to be carefully studied. After having chosen the surge arrester (through the adequate calculations) several simulations have been carried out in order to check the efficacy of the design and guarantee the safety of the power transformer. Such simulations have analysed different cases of study, after which some conclusions have been obtained. Finally, the design of the substation has always kept present that the surface to take up has to be minimum, something profitable from both the economical and the environmental impact.