Sistema Eléctrico de Energía Hidroeléctrica

El sistema eléctrico de una central hidroeléctrica puede dividirse generalmente en varias partes, como generadores hidroeléctricos, equipos de voltaje de generador, transformadores principales, dispositivos de distribución de alta tensión, sistemas de alimentación auxiliar y sistemas de tierra, como se muestra por las cajas con líneas sólidas en la siguiente figura.

El generador hidroeléctrico y la principal conexión eléctrica son como el corazón y la aorta del sistema eléctrico. El generador hidroeléctrico convierte la energía mecánica rotativa producida por la turbina hidráulica en energía eléctrica, que es la fuente de la energía eléctrica de salida de la central hidroeléctrica. La eficiencia de los grandes generadores hidroeléctricos puede alcanzar generalmente alrededor del 98%. En la actualidad, la máxima capacidad de los generadores hidroeléctricos en operación en China es de 889MVA. La conexión eléctrica principal consiste en conectar el generador hidroeléctrico, el equipo de voltaje del generador, el transformador principal, el dispositivo de distribución de alta tensión, el sistema eléctrico, etc., de una manera adecuada para lograr las funciones de transmisión, aumento, recolección, distribución y envío de la energía eléctrica.

El equipo de voltaje del generador transmite la energía eléctrica generada por el generador hidroeléctrico al transformador principal. El flujo de retorno tiene las características de alto voltaje y alta corriente. El sistema de alimentación auxiliar y el dispositivo de excitación de la unidad generalmente están conectados a la alimentación desde aquí. Actualmente, los niveles de voltaje de los generadores en las centrales hidroeléctricas han alcanzado hasta 24kV. Considerando factores como la participación pico de la central hidroeléctrica y el conmutado frecuente de la unidad, a menudo se instala un interruptor de circuito generador-generador en la salida del generador turbina. El conductor de conexión del bucle de voltaje del generador de la unidad de gran capacidad suele ser un bus metálico cerrado.

El transformador principal es la unión entre el equipo de voltaje del generador y el dispositivo de distribución de potencia de alta tensión. Aumenta el voltaje del generador al voltaje de transmisión para reducir la corriente de transmisión, lo que permite reducir eficazmente las pérdidas de transmisión y el costo de los materiales de la red eléctrica. En general, cuanto mayor sea la capacidad instalada y mayor la distancia de transmisión, mayor será el voltaje de transmisión. Actualmente, el nivel de voltaje de transmisión de las centrales hidroeléctricas en China alcanza hasta 750kV.

El dispositivo de distribución de alta tensión se utiliza para recoger la energía eléctrica enviada por el transformador principal y enviarla al sistema de potencia a través del campo de salida. Incluye principalmente tres tipos de dispositivos de distribución de potencia: abierto, interruptor metálico aislado por gas (GIS) y dispositivo de distribución híbrido. Dado que la mayoría de las centrales hidroeléctricas están ubicadas en áreas de montañas altas y cañones, el diseño de los dispositivos de distribución de alta tensión suele estar limitado. Por lo tanto, el GIS, con la mayor fiabilidad y un diseño más compacto pero con un costo relativamente alto, se ha convertido en la primera opción para los dispositivos de distribución de alta tensión en las centrales hidroeléctricas de China a 800kV. Las líneas de salida de alta tensión de las centrales hidroeléctricas suelen utilizar cables de potencia de alta tensión o líneas de transmisión metálicas aisladas por gas (GIL).

El sistema de alimentación eléctrica de la planta obtiene energía de unidades, redes eléctricas, etc., y proporciona energía a las cargas (puntos) como las operaciones de las unidades de la planta, iluminación, equipos públicos y equipos de potencia en el área de la presa según las necesidades de las instalaciones eléctricas. El sistema de tierra se utiliza para garantizar el funcionamiento normal del sistema eléctrico de la central hidroeléctrica y la seguridad de las personas y los equipos. Actualmente, el sistema de tierra de la central hidroeléctrica aprovecha plenamente el agua del embalse, la estructura metálica sumergida y el cuerpo de tierra natural para reducir la resistencia de tierra. Los sistemas de alimentación auxiliar y de tierra son garantías importantes para la operación segura, confiable y económica de las centrales hidroeléctricas. Sus equipos y cables están ampliamente distribuidos en varias partes de las centrales hidroeléctricas.