Ingeniería Eléctrica · 2020
Modelado y simulación de un sistema de control de lubricación en una central de generación térmica con turbina de gas
Este trabajo de grado se enfoca en el modelado y simulación del sistema de lubricación de una planta típica de generación a gas de ciclo abierto. Siendo este sistema parte de uno de los subsistemas de una planta de generación térmica y el encargado de la lubricación del generador síncrono y de los rodamientos de la turbina, útiles para el adecuado funcionamiento de la planta generadora; está compuesto por diversas máquinas que cumplen funciones de bombeo de aceite, ventilación para control la temperatura y extracción de vapor. Teniendo en cuenta lo anterior, cada una de ellas es ejecutada por un conjunto de motores eléctricos trifásicos con su respectivo sistema de medida, protecciones y lógica de control. Lo mencionado anteriormente se lleva a cabo a través del programa de simulación Matlab-SIMULINK, para esto se debe tener un modelo matemático de cada uno de los elementos que intervienen en este sistema de lubricación. A lo largo de este documento se mostrará de forma detallada como se realiza el modelado y la simulación para cada componente del sistema, y la respectiva conexión de los mismos. A partir de un caso de estudio se evalúan los resultados obtenidos en la simulación con datos reales de operación. 1*
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Contenido
- Introducciónp. 15
- 1. Objetivosp. 17
- 1.1 Objetivo generalp. 17
- 1.2 Objetivos específicosp. 17
- 2. Modelo del sistemap. 18
- 2.1 Motoresp. 19
- 2.1.1 Motor de inducción tipo jaula de ardillap. 20
- 2.1.1.1 Modelo eléctricop. 20
- 2.1.1.2 Modelo mecánicop. 22
- 2.1.2 Motor de corriente continua tipo imanes permanentesp. 23
- 2.1.2.1 Modelo eléctricop. 24
- 2.1.2.2 Modelo mecánicop. 25
- 2.2 Proteccionesp. 19
- 2.2.1 Modelo de relé de sobrecorriente de tiempo inversop. 26
- 2.2.2 Modelo de protección térmicap. 27
- 2.2.3 Modelo de protección de sobrecorriente de tiempo definidop. 28
- 3. Implementación del modelo de simulación en Matlab-SIMULINKp. 29
- 3.1 Motoresp. 19
- 3.1.1 Representación del motor de inducción jaula de ardilla en Simulinkp. 30
- 3.1.2 Representación del motor DC de imanes permanentes en Simulinkp. 32
- 3.2 Validación del modelop. 33
- 3.3 Proteccionesp. 19
- 3.3.1 Modelo de relé de sobrecorriente de tiempo inversop. 26
- 3.3.2 Modelo de protección térmicap. 27
- 3.3.3 Modelo de protección de sobrecorriente de tiempo definidop. 28
- 3.4 Lógicap. 17
- 4. Caso de estudiop. 41
- 4.1 Motores del sistema de lubricaciónp. 41
- 4.1.1 Parametrización del motor de inducción jaula de ardillap. 42
- 4.1.2 Parametrización del motor DC de imanes permanentesp. 44
- 4.2 Proteccionesp. 19
- 4.3 Lógicap. 17
- 4.4 Análisis de resultadosp. 50
- 4.4.1 Condición de operación normalp. 51
- 4.5.2 Condición de operación bajo fallap. 53
- 5. Conclusionesp. 61
- Referencias bibliográficasp. 64
- Figura 1. Circuito eléctrico equivalente del motor de inducciónp. 20
- Figura 3. Gráfica de protección de tiempo definidop. 28
- Figura 4. Dieagrama de bloques de la ecuación 3p. 29
- Figura 5. Representación mediante diagramas de bloques del motor de inducciónp. 30
- eléctrico, (b) modelo mecánicop. 32
- mecánica teórica vs velocidad mecánica simuladap. 34
- Figura 9. Representación del modelo de protección térmica en Simulinkp. 37
- Figura 10. Representación del modelo de protección de tiempo definido en Simulinkp. 38
- Figura 11. Bloque integrador con condición external reset tipo levelp. 38
- Figura 12. Conjunto de protecciones para la bomba DC, captura de Matlab-Simulinkp. 39
- Figura 13. GRAFCET de los ventiladoresp. 48
- Figura 14. (a) Perfil de temperatura, (b) Estado de operación de los ventiladoresp. 49
- Figura 15. Gráfica de velocidad del rotor vs tiempo de los extractoresp. 51
- Figura 16. Gráfica de corriente de armadura vs tiempo de los extractoresp. 52
- Figura 17. Gráfica señal digital 52 para el primer casop. 54
- Figura 18. Gráfica de la corriente de armadurap. 55
- Figura 19. Gráfica del voltaje aplicadop. 55
- Figura 20. Gráfica señal digital 52 para el segundo casop. 56
- Figura 21. Gráfica de corriente de armadurap. 57
- Figura 22. Gráfica de voltaje aplicadop. 57
- Figura 23. Gráfica de velocidadp. 58
- Figura 24. Gráfica de la señal digital 52 para el último casop. 59
- Figura 25. Gráfica de la corriente de armadurap. 60
- Figura 26. Gráfica del voltaje aplicadop. 60
- Figura 27. Gráfica de la velocidadp. 61
- Tabla 1. Límites de operaciónp. 40
- Tabla 2. Datos de los motores y cálculo del número de polos de los motores de inducciónp. 43
- Tabla 3. Parámetros de cada motor de inducción del sistema de lubricaciónp. 44
- Tabla 4. Datos de placa del motor de corriente continua del sistema de lubricaciónp. 45
- Tabla 5. Parámetros del motor de corriente continua del sistema de lubricaciónp. 45
- Tabla 6. Límites de operación de los ventiladoresp. 47